PL170987B1 - Celulozowa jednowarstwowa struktura wlóknista oraz sposób wytwarzania celulozowej jednowarstwowej struktury wlóknistej PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1 . Celulozowa jednowarstwowa struktura w lóknista zawierajaca obszary rózniace sie gramatura, znamienna tym, ze zawiera obszary o trzech róznych gramaturach rozmieszczone wedlug nieprzypadkowe- go, powtarzajacego sie wzoru, przy czym obszary te stanowia odpowiednio pierwszy obszar (24) o stosun- kowo duzej gramaturze tworzacy w zasadzie ciagla siec, drugi obszar (28) o stosunkowo malej lub zero- wej gramaturze stanowiacy otwór otoczony przez pierwszy obszar i trzeci obszar (26), o posredniej gramaturze w stosunku do gramatury pierwszego i drugiego obszaru, otoczony przez pierwszy obszar (24) i/lub lezacy obok drugiego obszaru (28). 9. Sposób wytwarzania celulozowej jednowar- stwowej struktury wlóknistej, w którym osadza sie duza liczbe wlókien celulozowych zawieszonych w cieklym nosniku na zatrzymujacym wlókna zespole formujacym posiadajacym strefy przepuszczalne dla cieczy, a naste- pnie suszy je i ewentualnie krepuje, znamienny tym, ze odprowadza sie ciekly nosnik przez zespól formujacy w dwóch jednoczesnych etapach w etapie z duzym wydat- kiem przeplywu i w etapie z malym wydatkiem przeply- wu, przy czym w etapie o duzym wydatku przeplywu i w etapie o malym wydatku przeplywu....................... Fig. 1 PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy celulozowej, jednowarstwowej struktury włóknistej oraz sposobu wytwarzania celulozowej struktury włóknistej. Chodzi tu zwłaszcza o struktury włókniste z obszarami o różnych gramaturach.

Celulozowe struktury włókniste, takie jak papier, są bardzo dobrze znane w technice. Struktury włókniste tego typu są obecnie powszechnie stosowane do wyrobu ręczników papierowych, papierów toaletowych, chusteczek higienicznych, etc.

Warunkiem stawianym strukturom włóknistym tego typu przez konsumentów są zrównoważone, sprzeczne ze sobą własności. Na przykład, celulozowa struktura włóknista powinna mieć odpowiednią wytrzymałość na rozciąganie zapobiegającą jej przedzieraniu się lub strzępieniu podczas normalnego użytkowania lub pod działaniem zwykłych, nie przekraczających pewnych wartości sił rozciągających. Ponadto celulozowa struktura włóknista musi być również chłonna, co umożliwia jej szybkie wchłanianie i całkowite zatrzymywanie cieczy. Celulozowa struktura włóknista powinna również wykazywać pewną miękkość, dającą podczas użytkowania przyjemne, pozbawione twardości wrażenie w dotyku. Celulozowa struktura włóknista powinna wykazywać wysoki stopień nieprzezroczystości, taki żeby użytkownik nie odnosił wrażenia, że jest słaba i niskiej jakości. Pomimo tych sprzecznych ze sobą warunków, celulozowa struktura włóknista powinna być ekonomiczna, żeby można było ją wytwarzać i sprzedawać z zyskiem, po cenie dostępnej dla konsumenta.

Jedna ze wspomnianych powyżej własności, wytrzymałość na rozciąganie, determinuje możliwość zachowania odpowiedniej zawartości fizycznej struktury włóknistej podczas użytkowania. Wytrzymałość na rozciąganie jest determinowana przez najsłabsze ogniwo celulozowej struktury włóknistej poddane działaniu sił rozciągających. Celulozowa struktura włóknista nie będzie miała większej wytrzymałości na rozciągane niż wytrzymałość na rozciąganie dowolnego jej obszaru poddanego działaniu sił rozciągających, ponieważ celulozowa struktura włóknista pęknie lub zerwie się właśnie w takim najsłabszym obszarze.

Wytrzymałość celulozowej struktury włóknistej na rozciąganie można zwiększyć poprzez zwiększenie jej gramatury. Ale zwiększenie gramatury wymaga zwiększenia ilości włókien celulozowych do jej wytwarzania, co zwiększa koszty i wymagania intensywniejszego wykorzystania zasobów surowców naturalnych.

Chłonność jest tą własnością struktury włóknistej, która umożliwia jej wchłanianie i zatrzymywanie stykających się z nią płynów. Podczas analizy ewentualnych zastosowań celulozowej struktury włóknistej należy brać pod uwagę zarówno absolutną ilość wchłanianego płynu jak i szybkość wchłaniania stykających się z nią płynów. O chłonności celulozowej struktury włóknistej decyduje jej gęstość. Jeżeli celulozowa struktura włóknista jest zbyt gęsta, to odstępy pomiędzy włóknami mogą być zbyt małe, w związku z czym szybkość wchłaniania płynów może nie być dostatecznie duża z punktu widzenia zastosowań. Natomiast jeżeli odstępy pomiędzy włóknami są zbyt duże, to następuje minimalizacja efektu kapilarnego stykających się ze strukturą cieczy i, ze względu na ograniczone wielkości napięcia powierzchniowego, płyny nie będą zatrzymywane przez strukturę włóknistą.

Miękkość jest tym czynnikiem, który decyduje o odczuwaniu przez skórę użytkownika delikatnego wrażenia w dotyku. Na miękkość wpływa moduł ściśliwości (giętkość włókien, morfologia włókien, gęstość wiązań i długość niepodpartych włókien), tekstura powierzchni (częstotliwość marszczenia, wielkości różnych obszarów oraz gładkość) oraz współczynnik tarcia powierzchni podczas ruchów trących. Miękkość jest odwrotnie proporcjonalna do odporności celulozowej struktury włóknistej na odkształcenia w kierunku normalnym do jej płaszczyzny.

170 987

Nieprzezroczystość jest tą własnością celulozowej struktury włóknistej, która zapobiega przenikaniu lub zmniejsza przenikanie przez nią światła. Nieprzezroczystość jest bezpośrednio związana z gramaturą, gęstością i równomiernością rozkładu włókien celulozowej struktury włóknistej. Celulozowa struktura włóknista o stosunkowo dużej gramaturze lub równomierności rozkładu włókien będzie również miała większą nieprzezroczystość przy danej gęstości. Wzrost gęstości zwiększa nieprzezroczystość do stanu, w którym dalsze zwiększanie gęstości powoduje spadek nieprzezroczystości.

Jednym z rozwiązań kompromisowych pomiędzy różnymi wspomnianymi własnościami jest opracowanie celulozowej struktury włóknistej z dyskretnymi otworkami o zerowej gramaturze, rozmieszczonymi we w zasadzie ciągłej sieci o określonej gramaturze. Zerowa gramatura obszaru wskazuje na to, że obszar ten jest otworem. Gramatura obszaru oznacza ciężar jednostki pola powierzchni danego obszaru struktury włóknistej wyrażony w gramach. Dyskretne otworki stanowią obszary o mniejszej gramaturze niż gramatura w zasadzie ciągłej sieci, umożliwiające zginanie się celulozowej struktury włóknistej w kierunku prostopadłym do jej płaszczyzny, a tym samym zwiększając jej giętkość. Otworki są otoczone siecią ciągłą o pożądanej gramaturze, regulującą wytrzymałość celulozowej struktury włóknistej na rozciąganie.

Struktury celulozowe tego typu są znane w technice. Na przykład w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 3 034 180, patent udzielony 15 maja 1962 Greinerowi i innym, ujawniono celulozowe struktury włókniste z otworkami przestawionymi obustronnie schodkowo oraz z otworkami ustawionymi w jednej linii. Ponadto znane są w technice celulozowe struktury włókniste z otworkami o różnych kształtach. Na przykład, Greiner i inni ujawniają otworki kwadratowe, rombowe, okrągłe i o profilowanym przekroju poprzecznym.

Jednakże perforowane celulozowe struktury włókniste mają kilka wad. Otworki stanowią przezroczyste miejsca celulozowej struktury włóknistej, wskutek czego konsument może traktować taki wyrób jako produkt o gorszej jakości lub wytrzymałości. Generalnie, otworki są zbyt duże, żeby były w stanie wchłaniać i zatrzymywać płyny, ze względu na ograniczone napięcia powierzchniowe w płynach, z jakimi zazwyczaj stykają się wspomniane powyżej wyroby z bibuły i ręczniki. Ponadto w rozwiązaniu tego typu należy również zwiększyć gramaturę sieci włókien otworków w celu otrzymania odpowiedniej wytrzymałości na rozciąganie.

Oprócz zdegenerowanego przypadku otworków o zerowej gramaturze, czyniono również próby opracowania celulozowej struktury włóknistej z dyskretnymi obszarami o małej gramaturze niezerowej, rozmieszczonymi w materiale o strukturze nie będącej w zasadzie siecią ciągłą. Na przykład, w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 4 514 345, patent udzielony 30 kwietnia 1985 Johnsonowi i innym, ujawniono strukturę włóknistą z dyskretnymi obszarami sześciokątnymi o małej gramaturze niezerowej. Podobny wzór w odniesieniu do tkaniny tekstylnej ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 4 144 370 udzielonym 13 marca 1979 Boultonowi.

Zaletą nieperforowanych struktur ujawnionych w przytoczonych opisach patentowych jest nieco zwiększona nieprzezroczystość i pewna chłonność dyskretnych obszarów o małej gramaturze, natomiast nie rozwiązano problemu bardzo małych obciążeń rozciągających przenoszonych przez dyskretne obszary o małej niezerowej gramaturze, co ogranicza całkowitą wytrzymałość celulozowej struktury włóknistej na rozerwanie. Ponadto ani w opisie patentowym Johnsona i innych ani w opisie patentowym Boultona nie wspomina się o celulozowych strukturach włóknistych o stosunkowo dużej nieprzezroczystości w dyskretnych obszarach o małej gramaturze.

Celulozowe struktury włókniste są zazwyczaj wytwarzane techniką osadzania płynnego nośnika, ze znajdującymi się w nim równomiernie rozprowadzonymi włóknami celulozowymi, na urządzeniu wyposażonym w przepuszczalny dla płynów, zatrzymujący włókna, zespół formujący. Zespół formujący może być w zasadzie elementem płaskim i zazwyczaj jest to taśma bez końca.

W przytoczonych powyżej opisach patentowych oraz w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 3 322 617, patent udzielony 30 maja 1967 Osbornowi; opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 3 159 530, patent udzielony 1 grudnia 1964 Hellerowi i innym, ujawniono różne urządzenia do wytwarzania celulozowych struktur włóknistych z dyskretnymi obszarami o małej gramaturze. Według tych opisów patentowych, dyskretne obszary o małej gramaturze są wytwarzane za pomocą układu występów połączonych z zespołem formującym urządzenia stosowanego do wytwarzania celulozowej struktury włóknistej. Jednakże w każdym ze wspomnianych powyżej dokumentów, stojące pionowo występy są rozmieszczone w postaci regularnego, powtarzającego się wzoru. Wzór rozmieszczenia występów może być taki, że są one przestawione względem sąsiednich w układzie schodkowym lub też ustawione w jednej linii. Każdy występ (zarówno w przypadku ustawienia schodkowego jak i liniowego) jest równo oddalony od występów sąsiednich. W rzeczywistości Heller i inni stosuje tkaninowe sito Fourdriniera jako element z występami.

Istniejące rozwiązania, w których stosuje się zespoły z równo rozstawionymi występami, mają inne wady. Urządzenia z tego typu układami zapewniają wytwarzanie w zasadzie równomiernych i równych oporów przepływowych (a tym samym drenażu, a stąd osadzania włókien celulozowych) na całej przepuszczalnej dla płynów części zespołu formującego stosowanego do wytwarzania celulozowej struktury włóknistej. W obszarze przepuszczalnym dla płynów, osadzane są w zasadzie równe ilości włókien celulozowych ze względu na równe opory przepływu drenowania płynnego nośnika w przestrzeniach sąsiadujących z występami. W związku z tym, w każdym obszarze urządzenia, włókna są osadzane stosunkowo jednorodnie i równomiernie, chociaż niekoniecznie bezładnie lub równomiernie pod względem kierunku, i tworzą celulozową strukturę włóknistą o podobnym rozkładzie i ułożeniu włókien.

Jedno ze znanych w technice rozwiązań nierównego rozmieszczenia występów pomiędzy sobą ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 795 719, patent udzielony 25 lipca 1905 Motzowi. Ale Motz ujawnia występy rozmieszczone w zasadzie według nieregularnego wzoru, który nie powoduje korzystnego rozkładu włókien celulozowych w sposób najskuteczniej maksymalizujący dowolną własność lub optymalizujący większość ze wspomnianych powyżej własności.

W związku z tym, celem niniejszego wynalazku jest rozwiązanie istniejących w technice wspomnianych problemów, a zwłaszcza rozwiązanie problemów sprzeczności ze sobą takich warunków jak wysoka wytrzymałość na rozciąganie, duża chłonność, miękkość i duża nieprzezroczystość bez nadmiernego pogorszenia którejś z tych własności lub konieczności nieekonomicznego albo nadmiernego zużycia surowców naturalnych. W szczególności, celem niniejszego wynalazku jest znalezienie sposobu wytwarzania celulozowej struktury włóknistej, takiej jak papier, poprzez uzyskanie wielu i różnych oporów przepływu drenowania płynnego nośnika włókien w urządzeniu.

Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista zawierająca obszary różniące się gramaturą odznacza się według wynalazku tym, że zawiera obszary o trzech różnych gramaturach, rozmieszczone według nieprzypadkowego, powtarzającego się wzoru, przy czym obszary te stanowią odpowiednio pierwszy obszar o stosunkowo dużej gramaturze tworzący w zasadzie ciągłą sieć, drugi obszar o stosunkowo małej łub zerowej gramaturze stanowiący otwór, otoczony przez pierwszy obszar, i trzeci obszar o pośredniej gramaturze w stosunku do gramatury pierwszego i drugiego obszaru, otoczony przez pierwszy obszar i/lub leżący obok drugiego obszaru.

Korzystnie celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista składa się z co najmniej czterech obszarów, przy czym pierwszy obszar o stosunkowo dużej gramaturze składa się z dwóch obszarów o stosunkowo dużej gramaturze różniących się między sobą gęstościami, i każdy z obszarów o dużej gramaturze stanowi w zasadzie ciągłą sieć.

Korzystnie celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista składa się z co najmniej pięciu obszarów, przy czym pierwszy obszar o stosunkowo dużej gramaturze składa się z dwóch obszarów o stosunkowo dużej gramaturze różniących się między sobą gęstościami, i trzeci obszar o pośredniej gramaturze składa się z dwóch obszarów o pośredniej gramaturze różniących się między sobą gęstościami.

Korzystnie celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista składa się z co najmniej sześciu obszarów, przy czym pierwszy obszar o stosunkowo dużej gramaturze składa się z dwóch

170 987 obszarów o stosunkowo dużej gramaturze różniących się między sobą gęstościami, trzeci obszar o pośredniej gramaturze składa się z dwóch obszarów o pośredniej gramaturze różniących się między sobą gęstościami i drugi obszar o małej gramaturze składa się z dwóch obszarów o małej gramaturze różniących się między sobą gęstościami.

Korzystnie drugi obszar styka się z trzecim obszarem.

Korzystnie drugi obszar otacza trzeci obszar.

Korzystnie większość włókien w drugim obszarze jest zorientowana promieniowo.

Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista zawierająca obszary o różnej liczbie włókien na jednostkę powierzchni według wynalazku charakteryzuje się tym, że składa się z co najmniej trzech obszarów rozmieszczonych według nieprzypadkowego, powtarzającego się wzoru: pierwszego, w postaci ciągłej sieci, obszaru przenoszącego obciążenia; drugiego obszaru dyskretnego o mniejszej liczbie włókien na jednostkę pola powierzchni w porównaniu z pierwszym obszarem; i trzeciego obszaru, zawierającego promieniowo pierwszy obszar w postaci ciągłej sieci z drugim obszarem dyskretnym.

Sposób wytwarzania celulozowej jednowarstwowej struktury włóknistej, w którym osadza się dużą liczbę włókien celulozowych zawieszonych w ciekłym nośniku na zatrzymującym włókna zespole formującym posiadającym strefy przepuszczalne dla cieczy, a następnie suszy je i ewentualnie krepuje odznacza się tym, że odprowadza się ciekły nośnik przez zespół formujący w dwóch jednoczesnych etapach: w etapie z dużym wydatkiem przepływu i w etapie z małym wydatkiem przepływu, przy czym w etapie o dużym wydatku przepływu i w etapie o małym wydatku przepływu stosuje się różniące się między sobą początkowe wydatki masowe przepływu oraz w etapie odprowadzania nośnika o małym wydatku przepływu tarasuje się wybrane strefy włóknami celulozowymi.

Dzięki istniejącym w urządzeniu obszarom o stosunkowo wysokim i stosunkowo niskim oporze przepływu, zwiększono możliwość sterowania orientacją i wzorem osadzania włókien celulozowych oraz uzyskano nieznane dotychczas struktury włókniste. Generalnie, istnieje odwrotna zależność pomiędzy oporami przepływu w danym obszarze przepuszczalnego dla płynów, zatrzymującego włókna zespołu formującego, a gramaturą obszarów gotowej celulozowej struktury włóknistej, odpowiadających takim obszarom w zespole formującym. Zatem obszary o stosunkowo małych oporach przepływu wytwarzają odpowiednie obszary celulozowej struktury włóknistej o stosunkowo dużej gramaturze i na odwrót.

Dokładniej, obszary o stosunkowo małych oporach przepływu powinny być obszarami ciągłymi w taki sposób, żeby powstawała sieć o dużej gramaturze bez równoczesnego pogorszenia wytrzymałości na rozciąganie. Obszary o stosunkowo dużych oporach przepływu (determinujące powstawanie w celulozowej strukturze włóknistej obszarów o stosunkowo małej gramaturze) mogą być dyskretne lub ciągłe, w zależności od potrzeb. Zgodnie ze sposobem według wynalazku zespołem formującym jest taśma formująca z wieloma obszarami różniącymi się pomiędzy sobą wielkościami oporów przepływu. Płynny nośnik odpływa przez obszary taśmy formującej według i odwrotnie proporcjonalnie do wielkości istniejących w nich oporów przepływu. Na przykład, jeżeli na taśmie formującej istnieją obszary nieprzepuszczalne, takie jak występy lub przeszkody, to przez obszary te nie odpływa płynny nośnik, a tym samym w obszarach tych jest osadzane stosunkowo mało włókien albo też nie są one w ogóle tam osadzane.

Zatem opór przepływu taśmy formującej jest parametrem krytycznym z punktu widzenia określania wzoru, według którego są osadzane włókna celulozowe znajdujące się w płynnym nośniku. Generalnie, więcej włókien jest osadzanych w strefach taśmy formującej o stosunkowo małych oporach przepływu, ponieważ przez obszary te może odpłynąć więcej płynnego nośnika. Wiadomo jednak, że opór przepływu danego obszaru taśmy formującej nie jest stały i zmienia się w funkcji czasu.

Zmiany tego typu występują ze względu na to, że w danym obszarze taśmy formującej są osadzane włókna celulozowe zatykające obszar, co zwiększa opory przypływu. Tarasowanie i zwiększanie oporu przepływu w obszarze powoduje generalne zmniejszenie ilości odpływającego przez niego płynnego nośnika, a tym samym ilości osadzanych w tym miejscu później włókien.

170 987

Wyrób według niniejszego wynalazku jest pojedynczą warstwą celulozowej struktury włóknistej z co najmniej trzema obszarami rozmieszczonymi według nieprzypadkowego, powtarzającego się wzoru. Pierwszy obszar ma stosunkowo dużą gramaturę względem innych obszarów i stanowi w zasadzie ciągłą sieć, otaczającą pozostałe dwa obszary. Drugi obszar ma stosunkowo małą gramaturę w porównaniu z pozostałymi dwoma obszarami i jest otoczony przez pierwszy obszar. Trzeci obszar ma gramaturę pośrednią względem pozostałych dwóch obszarów i leży obok drugiego obszaru, granicząc z nim na obwodzie. W szczególności drugi obszar może być w zasadzie przedłużeniem obszaru trzeciego, a zwłaszcza może otaczać trzeci obszar, a nawet być otoczony przez trzeci obszar. W zalecanym przykładzie wykonania duża liczba włókien celulozowych z drugiego obszaru ma w zasadzie orientację promieniową.

Celulozowa struktura włóknista według niniejszego wynalazku może być wykonana sposobem polegającym na osadzaniu zawiesiny włókien celulozowych w płynnym nośniku na przepuszczalnym dla płynów, zatrzymującym włókna zespole formującym. Płynny nośnik spływa przez zespół formujący w dwóch równoczesnych etapach, etapie o dużym wydatku przepływu i etapie o małym wydatku przepływu, odpowiadających strefom taśmy formującej o małym i dużym wydatku przepływu. W obu etapach wydatek przepływu maleje w funkcji czasu w wyniku zatykania stref włóknami celulozowymi. Poszczególne etapy różnią się między sobą początkowym masowym natężeniem przepływu przez odpowiednie strefy.

Celulozowa struktura włóknista według niniejszego wynalazku może być wytwarzana na urządzeniu, w którego skład wchodzi przepuszczalny dla płynów, zatrzymujący włókna zespół formujący. Zespół formujący ma dwie strefy, strefę wysokiego wydatku przepływu oraz strefę niskiego wydatku przepływu. Na taśmie znajdują się ponadto nieprzepuszczalne dla płynnego nośnika występy. Występy i obie strefy są rozmieszczone zgodnie ze wzorem odpowiadającym gramaturom obszarów formowanej celulozowej struktury włóknistej.

Zespół formujący może być zaopatrzony w urządzenie do zatrzymywania włókien celulozowych według wzoru o trzech różnych gramaturach. Urządzenia do zatrzymywania włókien celulozowych według wzoru mogą być strefami zespołu formującego o różnych promieniach hydraulicznych.

Zróżnicowanie promieni hydraulicznych stref może polegać na stosowaniu w zespole formującym układu stojących występów, rozmieszczonych według wzoru, rozmieszczaniu poszczególnych występów w równych odległościach od występów sąsiednich i zaopatrywaniu ich w otworki przepuszczalne dla płynów, stosowaniu grup występów, dzięki czemu niektóre występy znajdują się w równych odległościach od sąsiednich, albo stosowaniu kombinacji wymienionych powyżej sposobów.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w rzucie głównym poziomym mikrofotografię celulozowej struktury włóknistej według wynalazku z trzema różniącymi się od siebie obszarami; fig. 2 przedstawia w schematycznym rzucie bocznym pionowym urządzenie do wytwarzania celulozowej struktury włóknistej według niniejszego wynalazku; fig. 3 przedstawia zespół formujący we fragmentarycznym rzucie bocznym pionowym, poprowadzonym wzdłuż linii 3-3 na fig. 2; fig. 4 przedstawia zespół formujący z fig. 3 we fragmentarycznym rzucie głównym poziomym, poprowadzonym wzdłuż linii 4-4 na fig. 3, w którym w każdym występie znajduje się otworek; fig. 5 przedstawia schematycznie w rzucie głównym poziomym alternatywny przykład wykonania zespołu formującego z pierwszymi występami rozmieszczonymi w równych odległościach od drugich występów, przy czym pierwsze występy znajdują się w większej odległości od trzecich występów; oraz fig. 6 przedstawia schematycznie w rzucie głównym poziomym alternatywny przykład wykonania zespołu formującego z występami z otworkami, przy czym występy są pogrupowane w zespoły znajdujące się w różnych odległościach od występów sąsiednich.

Jak widać na fig. 1, celulozowa struktura włóknista 20 według niniejszego wynalazku ma trzy obszary: pierwsze obszary 24 o dużej gramaturze; drugie obszary 26 o gramaturze pośredniej; trzecie obszary 28 o gramaturze małej. Każdy z obszarów 24, 26 lub 28 jest złożony z włókien, które są w przybliżeniu elementami liniowymi.

170 987

Elementami celulozowej struktury włóknistej 20 są włókna o jednym wymiarze bardzo dużym (wzdłuż podłużnej osi włókna) w porównaniu z pozostałymi dwoma, stosunkowo bardzo małymi wymiarami (prostopadłymi do siebie, a także promieniowymi i prostopadłymi do osi podłużnej włókna), w wyniku czego ich kształt jest w przybliżeniu liniowy. Badania mikroskopowe włókien mogą co prawda wykazać, że ich pozostałe dwa wymiary są małe w porównaniu z ich wymiarem głównym, ale niekoniecznie równe ani stałe na całej ich długości osiowej. Istotne znaczenie ma tylko to, żeby włókno było w stanie zginać się wokół swojej osi, wiązać się z innymi włóknami oraz mogło być rozprowadzane przez płynny nośnik.

Włókna, z których jest wykonana celulozowa struktura włóknista, mogą być syntetyczne, na przykład poliolefinowe lub poliestrowe; korzystnie celulozowe, na przykład linters bawełniany, sztuczny jedwab lub wytłoki z trzciny cukrowej, a korzystniej ścier drzewny, na przykład z drzew iglastych (nagozalążkowych lub szyszkorodnych) lub liściastych (okrytozalążkowych lub zrzucających liście). W stosowanym znaczeniu, struktura włóknista 20 jest uważana za celulozową, jeżeli w jej skład wchodzi co najmniej około 50% wagowo lub co najmniej około 50% objętościowo włókien celulozowych, na przykład, ale nie wyłącznie, takich jak wymieniono powyżej. Stwierdzono, że dobre parametry mają opisane powyżej celulozowe struktury włókniste 20 składające się z mieszanki włókien ścieru drzewnego z drzew iglastych o długości od około 25 do 50 mikrometrów, i włókien z drzew liściastych o długości poniżej około 1 milimetra i średnicy od około 12 do około 25 mikrometrów.

Jeżeli do wyrobu celulozowej struktury włóknistej 20 wybrano ścier drzewny, to włókna można wyprodukować dowolną techniką roztwarzania, na przykład sposobem chemicznym, takim jak roztwarzanie siarczynowe, roztwarzanie siarczanowe lub roztwarzanie sodowe; oraz sposobem mechanicznym, na przykład w ścieralni mechanicznej. Alternatywnie, włókna można wytwarzać sposobem kombinowanym, stanowiącym połączenie roztwarzania chemicznego z mechanicznym lub też można stosować włókna z odzysku. Z punktu widzenia niniejszego wynalazku typ, sposób łączenia i przetwarzania włókien stosowanych w niniejszym wynalazku nie są istotne.

Nie jest konieczne, ani nawet prawdopodobne, żeby w różnych obszarach 24, 26 i 28 celulozowej struktury włóknistej 20 rozkład włókien z drzew liściastych i iglastych był taki sam lub równomierny. Natomiast jest prawdopodobne, że w obszarach 24, 26 lub 28 wytwarzanych w tej strefie urządzenia do wytwarzania celulozowej struktury włóknistej 20, w której opór przepływu jest mniejszy, procent włókien z drzew iglastych będzie większy. Ponadto włókna z drzew liściastych i iglastych mogą układać się warstwami na grubości celulozowej struktury włóknistej 20.

Celulozowa struktura włóknista 20 według niniejszego wynalazku jest tworem makroskopowo dwuwymiarowym i planarnym, chociaż niekoniecznie płaskim. Celulozowa struktura włóknista 20 ma pewną grubość w trzecim wymiarze. Jednakże jej grubość w trzecim wymiarze jest bardzo mała w porównaniu z rzeczywistymi dwoma pierwszymi wymiarami lub w porównaniu z możliwością wytworzenia struktury włóknistej 20 o stosunkowo bardzo dużych wymiarach w pierwszych dwóch kierunkach.

Celulozowa struktura włóknista 20 według niniejszego wynalazku jest tworem jednowarstwowym. Dopuszcza się jednak możliwość łączenia powierzchniowego dwóch lub więcej pojedynczych warstw, dowolnej lub wszystkich wykonanych według niniejszego wynalazku, w celu uformowania jednolitego laminatu. Celulozową strukturę włóknistą 20 według niniejszego wynalazku uważa się za jednowarstwową, jeżeli jest zdejmowana z omawianego powyżej zespołu formującego jako pojedynczy arkusz o grubości, przed wysuszeniem, nie zmieniającej się, o ile nie zostaną do niego dodane lub usunięte włókna. W razie potrzeby, celulozowa struktura włóknista 20 może być później gofrowana lub pozostawiona bez gofrowania.

Celulozowa struktura włóknista 20 według niniejszego wynalazku może być zdefiniowana własnościami intensywnymi, które odróżniają obszary 24, 26 i 28 do siebie. Na przykład, gramatura struktury włóknistej 20 jest jedną z własności intensywnych, którą różnią się obszary 24, 26 i 28 od siebie. W stosowanym tu znaczeniu, dany parametr jest uważany za intensywny, jeżeli jego wartość nie zależy od łącznej sumy wszystkich jego wartości

170 987 w strukturze włóknistej 20. Do przykładów parametrów intensywnych należą gęstość, przeciętny wymiar rzutów kapilar, gramatura, temperatura, moduł sprężystości na ściskanie i rozciąganie etc., struktury włóknistej 20. W stosowanym tu znaczeniu, wartości zależnej od łącznej sumy różnych wartości podukładów lub elementów struktury włóknistej 20 są uważane za ekstensywne. Do przykładów takich parametrów należą waga, masa, objętość i liczba moli struktury włóknistej 20.

Celulozowa struktura włóknista 20 według niniejszego wynalazku ma co najmniej trzy różne gramatury podzielone pomiędzy co najmniej trzy różnorodne pola, określane tutaj jako obszary struktury włóknistej 20. W stosowanym tu znaczeniu, gramatura jest ciężarem, mierzonym w gramach siły, jednostki pola powierzchni celulozowej struktury włóknistej 20, mierzonej w jej płaszczyźnie. Wymiary i kształt jednostki pola powierzchni, z której jest wyznaczona gramatura, zależą od względnych i bezwzględnych wymiarów i kształtów obszarów 24, 26 i 28, o zróżnicowanych gramaturach.

Każdy profesjonalista orientuje się, że w danych obszarach 24,26 lub 28 mogą występować zwyczajne i spodziewane fluktuacje i zmiany gramatury, pomimo, że taki obszar 24,26 lub 28 jest traktowany jako obszar o jednej gramaturze. Na przykład w przypadku pomiaru na poziomie mikroskopowym gramatury szczeliny pomiędzy włóknami uzyskuje się pozorną gramaturę o wartości zerowej, kiedy w rzeczywistości gramatura w takich obszarach 24, 26 lub 28 jest większa od zera, oczywiście pod warunkiem, że nie mierzy się jej w obszarze perforacji celulozowej struktury włóknistej 20. Takie fluktuacje i zmiany są normalnym i oczekiwanym skutkiem procesu produkcji.

Nie ma wcale potrzeby dokładnego wyznaczania granic sąsiadujących ze sobą obszarów 24, 26 lub 28 o różnych gramaturach, ani też ostrego odgraniczania ich od siebie. Istotne znaczenie ma tylko to, żeby w różnych miejscach celulozowej struktury włóknistej 20 były różne rozkłady włókien najednostkę pola powierzchni oraz to, żeby takie różne rozkłady występowały według uporządkowanego, powtarzającego się wzoru. Taki nieprzypadkowy, powtarzający się wzór odpowiada nieprzypadkowemu, powtarzającemu się wzorowi w topografii przepuszczalnego dla płynów, zatrzymującego włókna zespołu formującego, stosowanego do wytwarzania celulozowej struktury włóknistej 20.

Rezultatem różnych gramatur obszarów 24, 26 i 28 są różne ich nieprzezroczystości. Z punktu widzenia nieprzezroczystości pożądana jest równomierna gramatura całej celulozowej struktury włóknistej 20, natomiast taka równomierna gramatura celulozowej struktury włóknistej 20 nie optymalizuje pozostałych jej własności, takich jak wytrzymałość na zrywanie w stanie mokrym. W przypadku opisanych tu celulozowych struktur włóknistych 20 należy generalnie wiedzieć, że obszary 24 o stosunkowo dużej gramaturze mają większą nieprzezroczystość niż obszary o mniejszej gramaturze, takie jak obszary 26 o gramaturze pośredniej lub obszary 28 o gramaturze małej.

Korzystnie, nieprzypadkowy, powtarzający się wzór ma postać mozaiki, wskutek czego sąsiadujące ze sobą obszary 24, 26 i 28 znajdują się, korzystnie i w powiązaniu czynnościowym, obok siebie. Obszary 24, 26 i 28 o zróżnicowanych parametrach intensywnych są nieprzypadkowe, a więc ich położenie daje się przewidzieć i może wynikać ze znanych i określonych parametrów urządzenia stosowanego w procesie produkcji. Pod pojęciem 'powtarzający się należy rozumieć, że w strukturze włóknistej 20 dany wzór jest formowany więcej niż jeden raz. .

Rozróżnialne pod względem parametrów intensywnych obszary 24, 26 i 28 struktury włóknistej 20 mogą być dyskretne, wskutek czego sąsiednie obszary 24, 26 i 28 o takiej samej gramaturze nie przechodzą jedne w drugie. Alternatywnie, obszar 24, 26 i 28 o jednej gramaturze na całym obszarze struktury włóknistej 20 może być w zasadzie ciągły, wskutek czego obszar 24, 26 i 28 ciągnie się w zasadzie na całej strukturze włóknistej 20 w jednym lub w obu głównych kierunkach.

Oczywiście, rozumie się samo przez się, że jeżeli wyprodukowana struktura włóknista 20 ma bardzo duże wymiary, a w porównaniu z jej wymiarami podczas produkcji obszary 24, 26 i 28 są bardzo małe, np. różnią się o kilka rzędów wielkości, to absolutna przewidywalność

170 987 dokładnego rozmieszczenia i wzoru różnych obszarów 24, 26 i 28 może być bardzo trudna, anawetniemożllwia, pomimo, że wzór można nadal traktować jako nieprzypadkowy. Natomiast istotne jest to, że takie różniące się parametrami intensywnymi obszary 24, 26 lub 28 były rozmieszczone według wzoru, umożliwiającego w zasadzie uzyskanie celulozowej struktury włóknistej 20 o własnościach zgodnych z jej przeznaczeniem.

Każdy profesjonalista orientuje się, że mogą istnieć małe obszary przejściowe o gramaturze pośredniej w stosunku do gramatur sąsiadujących ze sobą obszarów 24, 26 lub 28, przy czym z natury rzeczy takie obszary przejściowe nie mogą być tyle znaczące powierzchniowo, żeby można je było uważać za obszary o gramaturze różnej od gramatur każdego z obszarów sąsiednich 24, 26 lub 28. Obszary przejściowe tego typu zaliczają się do normalnych odchyleń produkcyjnych, stanowiących znane i nieodłączne zjawisko w procesie produkcji celulozowej struktury włóknistej 20 według niniejszego wynalazku.

Gęstość wzoru celulozowej struktury włóknistej 20 może być zmienna od około 1,5 do około 390 dyskretnych obszarów 26 na centymetr kwadratowy, korzystnie od około 11,6 do około 155 dyskretnych obszarów 26 na centymetr kwadratowy, a bardziej korzystnie od około 23,3 do około 85,3 dyskretnych obszarów 26 na centymetr kwadratowy.

Dla każdego profesjonalisty jest oczywiste, że w miarę zagęszczania wzoru (stosowania większej liczby obszarów 24,26 lub 28 na centymetr kwadratowy) należy stosunkowo zwiększać procent włókien o mniejszych wymiarach z drzew liściastych, z jednoczesnym odpowiednim zmniejszaniem zawartości procentowej włókien o większych wymiarach z drzew iglastych. W przypadku użycia zbyt wielkiej ilości włókien o dużych wymiarach, nie będą one w stanie dostosować się do topografii opisanego poniżej urządzenia do wytwarzania struktury włóknistej 20. Jeżeli włókna nie przybiorą odpowiedniego kształtu, to mogą zwierać różne obszary topograficzne urządzenia, w wyniku czego powstanie struktura włóknista 20 o chaotycznym wzorze. Stwierdzono, że odpowiednie własności z punktu widzenia uformowania struktury włóknistej 20 mającej około 31 dyskretnych obszarów na centymetr kwadratowy ma mieszanina zawierająca około 60 procent włókien siarczanowych z rosnących na północy drzew iglastych i około 40 procent włókien siarczanowych z drzew liściastych.

Jeżeli pokazana na fig. 1 struktura włóknista 20 ma być stosowana jako wyrób użytkowy, na przykład jako ręcznik papierowy lub papier toaletowy, to, korzystnie, jej obszar 24 o dużej gramaturze powinien być ciągły w jej płaszczyźnie w dwóch ortogonalnych kierunkach. Takie ortogonalne kierunki nie muszą być równoległe i prostopadłe do krawędzi gotowego wyrobu ani też nie muszą być równoległe i prostopadłe do kierunku wytwarzania wyrobu, natomiast istotne jest, żeby celulozowa struktura włóknista uzyskała tylko odpowiednią wytrzymałość na rozciąganie w dwóch ortogonalnych kierunkach taką, żeby odpowiednio łatwo reagowała na każde przyłożone obciążenie rozciągające, nie pękając przedwcześnie w wyniku jego działania. Korzystnie, kierunek obszaru ciągłego jest równoległy do kierunku spodziewanego działania naprężeń rozciągających w gotowym wyrobie.

Jak wspomniano powyżej, celulozowa struktura włóknista 20 według niniejszego wynalazku składa się z trzech obszarów, pierwszych obszarów 24 o dużej gramaturze, drugich obszarów 26 o pośredniej gramaturze i trzecich obszarów 28 o małej gramaturze. Obszary 24, 26 i 28 są rozmieszczone według nieprzypadkowego powtarzającego się wzoru opisanego w podany poniżej sposób.

Przykładem w zasadzie ciągłej sieci jest obszar 24 o dużej gramaturze znajdujący się w strukturze włóknistej 20 z fig. 1. Inne przykłady celulozowych struktur włóknistych o w zasadzie ciągłej sieci ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 4 637 859, przytaczanym tu w celu pokazania innej celulozowej struktury włóknistej o w zasadzie ciągłej sieci. Przerwy we w zasadzie ciągłej sieci można tolerować, chociaż nie zaleca się, tak długo dopóki nie wpływają w istotny sposób na własności materiału w tej części struktury włóknistej 20.

Natomiast w odróżnieniu od powyższego, obszary 26 i 28 o małej i pośredniej gramaturze mogą być obszarami dyskretnymi, rozrzuconymi po całej w zasadzie ciągłej sieci 24 o dużej gramaturze. Obszary 26 o malej i pośredniej gramaturze można traktować jako wyspy otoczone przyległą do ich obrzeża w zasadzie ciągłą siecią 24 o dużej gramaturze. Dyskretne obszary 28

170 987 o małej gramaturze i dyskretne obszary 26 o pośredniej gramaturze są również rozmieszczone w sposób nieprzypadkowy, według powtarzającego się wzoru.

Dyskretne obszary 28 o małej gramaturze oraz dyskretne obszary 26 o pośredniej gramaturze mogą być rozmieszczone w układzie przestawionym lub liniowym wzdłuż jednego lub obu wspomnianych powyżej dwóch ortogonalnych kierunków. Korzystnie, w zasadzie ciągła sieć 24 o dużej gramaturze tworzy według pewnego wzoru sieć stykającą się z dyskretnymi obszarami 28 o małej gramaturze, chociaż, jak wspomniano wcześniej, mogą również istnieć pewne niewielkie obszary przejściowe.

Obszary 24 o dużej gramaturze sąsiadują, stykają się i otaczają obszary o małej i pośredniej gramaturze 28 i 26. Obszary 26 o pośredniej gramaturze leżą obok obszarów 28 o małej gramaturze. Obszary 28 o małej gramaturze mogą graniczyć obwodem, ale nie mogą całkowicie otaczać obszarów 26 o pośredniej gramaturze, ani obszary 28 o małej gramaturze nie mogą otaczać obszarów 26 o pośredniej gramaturze. Zatem obszary 26 o pośredniej gramaturze są generalnie mniejsze, jeżeli chodzi o wymiar średnicowy, chociaż niekoniecznie pod względem pola powierzchni, niż otaczające obszary 28 o małej gramaturze.

Ponadto obszary 28 o małej gramaturze mogą być przyległe, a nawet otaczać obszary 26 o pośredniej gramaturze. Względne rozmieszczenia obszarów o małej i pośredniej gramaturze 26 wewnątrz obszarów 24 o dużej gramaturze zależy od rozmieszczenia stref o wysokim i niskim wydatku przepływu w etapach ze strefami o różnych oporach przepływu w taśmie formującej 42.

Korzystnie, włókna w trzech obszarach 24,26 i 28 mogą układać się wzdłuż linii w różnych kierunkach. Na przykład, włókna, z których składa się w zasadzie ciągły obszar 24 o dużej gramaturze, mogą być, korzystnie, ułożone w zasadzie w jednym kierunku, odpowiadającym w zasadzie ciągłej sieci pierścieni 65 pomiędzy sąsiednimi występami 59 oraz w wyniku wpływu kierunku maszynowego w procesie produkcji.

Dzięki takiemu ułożeniu, włókna są w zasadzie równoległe względem siebie, a tym samym są powiązane ze sobą jest najważniejszym elementem. W szczególności, przepuszczalny dla płynów, zatrzymujący włókna zespół formujący jest zaopatrzony w występy 59 tworzące obszary 26 struktury włóknistej 20 o pośredniej gramaturze i o małej gramaturze oraz pierścienie przejściowe 65 tworzące obszary 24 celulozowej struktury włóknistej 20 o dużej gramaturze.

Ponadto w skład urządzenia może wchodzić taśma pomocnicza 46, na którą struktura włóknista 20 jest przenoszona po odprowadzeniu z niej większej części płynnego nośnika oraz zatrzymaniu włókien celulozowych na taśmie formującej 42. Na taśmie pomocniczej 46 może znajdować się pewien układ węzłów lub występów, nie pokrywający się pozycyjnie z obszarami 24,26 i 28 celulozowej struktury włóknistej 20. Taśma formująca 42 i pomocnicza 46 poruszają się w kierunkach pokazanych odpowiednio strzałkami A i B.

Po osadzeniu płynnego nośnika wraz z zawartymi w nim włóknami celulozowymi na taśmie formującej 42, struktura włóknista 20 jest osuszana za pomocą jednego lub obu znanych zespołów suszących 50a i 50b, takich jak suszarka podmuchowa, i/lub cylinder suszący Yankee. Ponadto urządzenie może być wyposażone w zespół do skracania lub krepowania struktury włóknistej 20.

Jeżeli wybranym zespołem formującym urządzenia do w stosunkowo wysokim stopniu. Skutkiem wysokiego stopnia powiązania jest stosunkowo wysoka wytrzymałość na rozciąganie w obszarze 24 o dużej gramaturze. Taka wysoka wytrzymałość na rozciąganie w obszarze 24 o stosunkowo dużej gramaturze jest w zasadzie korzystna, ponieważ obszar 24 o wysokiej gramaturze przenosi i przekazuje działające siły rozciągające na całą celulozową strukturę włóknistą 20.

W obszarze 28 o stosunkowo małej gramaturze znajdują się włókna, z których większość ma orientację w zasadzie promieniową i biegną one na zewnątrz od środka obszaru 28 o małej gramaturze. Jeżeli obszar 28 o małej gramaturze otacza obszarem 26 o pośredniej gramaturze, to włókna z obszaru o małej gramaturze będą również zorientowane promieniowo na zewnątrz względem środka obszaru 26 o pośredniej gramaturze. Ponadto, jak

170 987 pokazano na fig. 1, obszar 28 o małej gramaturze oraz obszar 26 o pośredniej gramaturze mogą być, i korzystnie są, koncentryczne względem siebie.

W przemyśle papierniczym znanych jest wiele elementów urządzenia do wytwarzania struktury włóknistej 20 według niniejszego wynalazku. Jak widać na fig. 2, w skład urządzenia może wchodzić zespół 44 do osadzania płynnego nośnika ze znajdującymi się w nim włóknami celulozowymi na przepuszczalnym dla płynów, zatrzymującym włókna zespole formującym.

Przepuszczalnym dla płynów, zatrzymującym włókna zespołem formującym może być taśma formująca 42, która wytwarzania celulozowej struktury włóknistej 20 jest taśma formująca 42, to ma ona dwie, znajdujące się po przeciwległych stronach powierzchnie, pierwszą 53 i drugą 55, jak pokazano na fig. 3. Pierwsza powierzchnia 53 jest tą powierzchnią taśmy formującej 42, która styka się włóknami formowanej celulozowej struktury 20. Pierwsza powierzchnia 53 nazywana jest w tej dziedzinie techniki powierzchnią taśmy formującej 42 stykającą się z papierem. Na pierwszej powierzchni 53 można wyróżnić dwa zróżnicowane topograficznie obszary: obszar 53a i obszar powierzchni swobodnych końców 53b występów 59. Zróżnicowanie topograficzne obszarów polega na tym, że różnią się one konfiguracją powierzchni włączając tu zarówno jej ukształtowaniejak i inne cechy; naturalne bądź nadane przez człowieka. Obszar 53a i obszar powierzchni swobodnych końców 53b różnią się odchyleniem ortogonalnym od drugiej, przeciwległej powierzchni 55 taśmy formującej 42. Wspomniane odchylenie ortogonalne odnosi się do kierunku Z. W stosowanym tu znaczeniu, kierunek Z odnosi się do kierunku na zewnątrz i prostopadle do płaszczyzny XY taśmy formującej 42, zakładając, że jest planarną strukturą dwuwymiarową.

Taśma formująca 42 powinna być odporna na wszystkie znane narażenia i warunki eksploatacyjne, w jakich są przetwarzane i produkowane celulozowe struktury dwuwymiarowe. Szczególnie zalecana taśma formująca 42 może być wytwarzana sposobem uj awnionym w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 4 514 345, patentu udzielono 30 kwietnia 1985 Johnsonowi i innym.

Taśma formująca 42 jest przepuszczalna dla płynów co najmniej w jednym kierunku, zwłaszcza w kierunku od swojej pierwszej powierzchni 53, przez swoją strukturę, do drugiej powierzchni 55. W stosowanym tu znaczeniu, termin przepuszczalna dla płynów odnosi się do takiego stanu, w którym płynny nośnik zawiesiny włókien może przenikać przez taśmę formującą 42 bez szczególnych przeszkód. Oczywiście, może okazać się pomocne, lub nawet konieczne, wytwarzanie niewielkiej różnicy ciśnień, intensyfikującej przenikanie płynu przez taśmę formującą 42, a tym samym gwarantującej jej odpowiedni stopień przepuszczalności.

Natomiast nie jest konieczne, a nawet pożądane, żeby cała powierzchnia taśmy formującej 42 była przepuszczalna dla płynów. Jedynym warunkiem jest łatwość usuwania płynnego nośnika z zawiesiny włókien i możliwość powstawania na pierwszej powierzchni 53 taśmy formującej 42 związków struktury włóknistej 20, składających się z osadzonych włókien.

Taśma formująca 42 jest również zespołem zatrzymującym włókna. W stosowanym tu znaczeniu, zespół jest zespołem zatrzymującym włókna jeżeli zatrzymuje większość osadzanych na nim włókien według określonego makroskopowo wzoru lub geometrii, bez względu na orientację lub osadzanie poszczególnych włókien. Oczywiście, nie należy oczekiwać, że zespół zatrzymujący włókna będzie zatrzymywał sto procent osadzanych na nim włókien (zwłaszcza kiedy wycieka z niego płynny nośnik włókien) ani też, że zatrzymywanie to będzie miało charakter stały. Warunkiem koniecznym jest wyłącznie zatrzymywanie włókien na taśmie formującej 42, lub innym zespole zatrzymującym włókna, przez okres czasu wystarczający do zadowalającego zakończenia realizacji etapów tego procesu.

Na taśmie formującej 42 można wyróżnić strukturę nośną 57 oraz uformowany według pewnego wzoru układ występów 59, połączonych czołowo ze strukturą nośną 57, w wyniku czego tworzą się dwie przeciwległe powierzchnie 53 i 55. Strukturę nośną 57 może stanowić materiał perforowany, na przykład tkane sito lub inna konstrukcja perforowana. Struktura nośna 57 jest w zasadzie przepuszczalna dla płynów. Odpowiednią perforowaną strukturą nośną 57 jest sito o gęstości od około 6 do około 50 włókien na centymetr w rzucie na płaszczyznę poziomą, ale często stosuje się włókna osnowowe stanowiące drugą warstwę piętrową, co

170 987 podwaja podane powyżej dane dotyczące liczby włókien. Otworki pomiędzy włóknami mogą być w zasadzie kwadratowe, jak pokazano, lub o dowolnym innym przekroju poprzecznym. Włókna mogą być wykonane z przędzy poliestrowej, tkaniny lub włókniny. Stwierdzono zwłaszcza, że bardzo dobre parametry wykazuje struktura nośna 57 w postaci dwuwarstwowego sita.

Jedna powierzchnia 55 struktury nośnej 57 może być makroskopowo tworem w zasadzie monoplanarnym zawierającym zorientowaną na zewnątrz powierzchnię 53 taśmy formującej 42. Zorientowana do wewnątrz powierzchnia taśmy formującej 42 jest często określona jako jej podkład i, jak wspomniano powyżej, styka się co najmniej z pozostałą częścią urządzenia stosowanego do produkcji papieru. Przeciwległa, zorientowana na zewnątrz, powierzchnia 53 struktury nośnej 57 może być określana jako powierzchnia taśmy formującej 42 stykająca się z włóknami, ponieważ wspomniana powyżej zawiesina włókien jest osadzana na tej właśnie powierzchni 53 taśmy formującej 42.

Jak pokazano na fig. 3, połączony ze strukturą nośną 57 układ występów 59, ułożonych według pewnego wzoru, składa się, korzystnie, z pojedynczych występów 59 połączonych i biegnących na zewnątrz od zorientowanej do wewnątrz powierzchni 53 struktury nośnej 57. Występy 59 można również uważać za elementy stykające się z włóknami, ponieważ na ich rozmieszczony według pewnego wzoru układ jest nakładana zawiesina włókien osadzana na taśmie formującej 42, a w rzeczywistości układ występów 59 jest nią pokrywany.

Występy 59 mogą być połączone ze strukturą nośną 57 w dowolny znany sposób, przy czym szczególnie zalecane jest łączenie techniką seryjną z zastosowaniem utwardzalnej, fotoczułej żywicy polimerowej zamiast pojedynczego łączenia każdego występu 59, wchodzącego w skład ułożonego według pewnego wzoru układu występów 59, ze strukturą nośną 57. Korzystnie, ułożony według wzoru układ występów 59 jest wytwarzany poprzez obróbkę w masie materiału o konsystencji w zasadzie płynnej w taki sposób, żeby po zakrzepnięciu powstały materiał był integralnym przedłużeniem i stanowił część występów 59 oraz co najmniej częściowo otaczał strukturę nośną 57 stykając się z nią, jak pokazano na fig. 3.

Jak pokazano na fig. 4, układ rozmieszczonych według wzoru występów 59 powinien być usytuowany w taki sposób, żeby ze swobodnych końców 53b występów 59 wybiegały w kierunku osi Z liczne kanaliki, w które mogą wchodzić włókna zawiesiny: kanaliki te biegną ku obszarowi 53a stanowiącemu bliższą część zorientowanej na zewnątrz powierzchni 53 struktury nośnej 57. Rozwiązanie tego typu umożliwia wytworzenie taśmy formującej 42 o określonej strukturze topograficznej oraz pozwala płynowi nośnemu wraz z zawartymi w nim włóknami wpływać do struktury nośnej 57. Kanaliki pomiędzy sąsiadującymi ze sobą występami 59 mają określony opór przepływu zależny od wzoru, wymiarów i rozstawienia występów 59.

Występy 59 są tworami dyskretnymi i, korzystnie, rozmieszczonymi w regularnych odstępach w taki sposób, żeby we w zasadzie ciągłej sieci 24 celulozowej struktury włóknistej 20 nie powstawały duże obszary o osłabionej wytrzymałości. Płynny nośnik może przeciekać przez pierścienie 65 pomiędzy sąsiednimi występami 59 do struktury nośnej 57 i osadza na niej włókna. Korzystniej, występy 59 są rozmieszczone według określonego, nieprzypadkowego i powtarzającego się wzoru w taki sposób, żeby w zasadzie ciągła sieć 24 struktury włóknistej 20 (uformowanej wokół i pomiędzy występami 59) bardziej równomiernie rozprowadzała po jej całej powierzchni obciążenia rozciągające. Najkorzystniej, występy 59 są rozmieszczone w układzie przestawionym, w taki sposób, żeby sąsiadujące ze sobą w gotowej strukturze włóknistej 20 obszary 28 o małej gramaturze nie leżały na liniach odpowiadających jednemu z kierunków głównych, wzdłuż których może działać obciążenie rozciągające.

Jak widać na fig. 3, występy 59 stoją pionowo i łączą się swoimi końcami ze zorientowaną zewnętrznie powierzchnią 53 struktury nośnej 57 i mają swobodne końce 53b, znajdujące się w najdalszej odległości ortogonalnej rozmieszczonych według wzoru występów 59 od zewnętrznie zorientowanej powierzchni 53 struktury nośnej 57. W związku z tym, zewnętrznie zorientowana powierzchnia 53 taśmy formującej 42 ma dwa poziomy. Bliższy poziom zewnętrznie zorientowanej powierzchni 53 wyznacza ta powierzchnia struktury nośnej 57, z którą połączone sąbliższe końce występów 59, oczywiście po uwzględnieniu całego materiału występów 59 otaczającego

170 987 strukturę nośną 57 po zakrzepnięciu. Poziom dalszy zewnętrznie zorientowanej powierzchni 53 wyznaczają swobodnie końce 53b rozmieszczonych według wzoru występów 59. Przeciwległą i skierowaną do wewnątrz powierzchnię 55 taśmy formującej 42 tworzy druga strona struktury nośnej 57, oczywiście po uwzględnieniu całego materiału występów 59 otaczającego strukturę nośną po zakrzepnięciu; powierzchnia ta leży po przeciwnej stronie w stosunku do kierunku biegu występów 59.

Występy 59 mogą biec ortogonalnie do płaszczyzny taśmy formującej 42 w kierunku na zewnątrz od bliższego poziomu zorientowanej na zewnątrz powierzchni 53 struktury nośnej 57 na odległość od około 0 milimetrów do około 1,3 milimetra. Oczywiście, jeżeli występy 59 mają zerową długość w kierunku Z, to powstaje celulozowa struktura włóknista 20 o prawie stałej gramaturze. Dlatego w razie konieczności zminimalizowania różnic gramatur pomiędzy sąsiadującymi obszarami 24 o dużej gramaturze i obszarami 28 o małej gramaturze celulozowej struktury włóknistej 20, należy stosować w zasadzie krótsze występy 59.

Jak pokazano na fig. 4, korzystnie, występy 59 nie powinny mieć ostrych naroży, zwłaszcza w płaszczyźnie XY; dzięki temu unika się możliwości powstawania koncentracji naprężeń w tworzonych przez nie w strukturze włóknistej 20 z fig. 1 obszarach o dużej gramaturze 24. Szczególnie korzystny występ 59 ma kształt krzywoliniowo romboedryczny o przekroju poprzecznym przypominającym romb z zaokrąglonymi narożami.

Bez względu na pole przekroju poprzecznego występów 59 ich boki mogą być generalnie równoległe do siebie i ortogonalne do płaszczyzny taśmy formującej 42. Alternatywnie, występy 59 mogą być lekko zbieżne, co nadaje im kształt stożków ściętych, jak pokazano na fig. 3.

Wysokości występów 59 nie muszą być jednakowe, ani też ich swobodne końce 53b nie muszą znajdować się w jednakowej odległości od obszaru 53a stanowiącego bliższy poziom zorientowanej zewnętrznie powierzchni 53 struktury nośnej 57. W razie konieczności zastosowania celulozowej struktury włóknistej 20 o bardziej skomplikowanym wzorze od tego, który tu pokazano, dla każdego profesjonalisty jest oczywiste, że można to zrealizować stosując pionowo stojące występy 59 o topografii określonej na kilku poziomach w kierunku osi Z skutkiem działania takiego układu jest zróżnicowana gramatura w obszarach celulozowej struktury włóknistej 20, odpowiadających pozycyjnie występom o różnych poziomach. Alternatywnie, innym sposobem osiągnięcia tego samego celu jest zastosowanie taśmy formującej 42 ze zorientowaną zewnętrznie powierzchnią 53 o więcej niż dwóch poziomach uzyskanych za pomocą innych środków, na przykład, zaopatrzoną w jednakowej wielkości występy 59 połączone ze strukturą nośną 57 o znacznie zmieniającej się płaskości w stosunku do rozciągłości występów 59 w kierunku Z.

Jak pokazano na fig. 4, korzystnie, udział procentowy pola powierzchni układu rozmieszczonych według wzoru występów 59, odniesiony do całkowitego pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42, może zmieniać się w przedziale od wartości minimalnej rzędu 20 procent całkowitego pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42 do wartości maksymalnej stanowiącej około 80 procent całkowitego pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42, przy czym pozostałą część pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42 stanowi struktura nośna 57. Stosunek pola układu rozmieszczonych według wzoru występów 59 do całkowitego pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42 jest określany jako suma pól powierzchni rzutów wszystkich występów 59 na maksymalnej odległości w kierunku ortogonalnym do zewnętrznie zorientowanej powierzchni 53 struktury nośnej 57.

Należy wziąć pod uwagę, że w miarę zmniejszania się stosunku pól występów 59 do całkowitego pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42, zwiększa się wspomniana wcześniej w zasadzie ciągła i o wysokiej gramaturze sieć 24 struktury włóknistej 20, co zmniejsza ekonomiczne wykorzystanie surowców. Ponadto, w miarę wzrostu długości włókien należy zwiększyć pole powierzchni rzutu pomiędzy sąsiednimi występami 59 na obszarze 53a stanowiącym bliższy poziom taśmy formującej 42, ponieważ w przeciwnym przypadku włókna mogą nie pokryć występów 59 i nie wnikać do kanalików pomiędzy sąsiednimi występami 59, prowadzących do struktury nośnej 57 wyznaczonej przez pole powierzchni obszaru 53a.

170 987

Druga powierzchnia 55 taśmy formującej 42 może mieć określoną i widoczną topografię, albo też może być makroskopowo w zasadzie monoplanarna. W stosowanym tu znaczeniu, sformułowanie w zasadzie makroskopowo monoplanarna odnosi się do geometrii taśmy formującej 42 po jej umieszczeniu w układzie dwuwymiarowym, w którym wykazuje tylko niewielkie i dopuszczalne odchylenia od całkowitej planarności, przy czym odchylenia te nie wpływają negatywnie na parametry taśmy formującej 42 z punktu widzenia opisanego powyżej i zastrzeżonego dalej procesu wytwarzania celulozowej struktury włóknistej 20. Każda geometria drugiej powierzchni 55, topograficzna lub w zasadzie makroskopowo monoplanarna jest dopuszczalna pod warunkiem, że nie narusza w istotny sposób topografii pierwszej powierzchni 53 taśmy formującej 42 oraz pod warunkiem, że taśma formująca 42 może być zastosowana w opisanych tu etapach procesu produkcji. Druga powierzchnia 55 taśmy formującej 42 może stykać się z urządzeniami stosowanymi w procesie wytwarzania celulozowej struktury włóknistej 20 i jest nazywana w tej dziedzinie techniki powierzchnią maszynową taśmy formującej 42.

Występy 59 wyznaczają pierścienie 65 o wielu różniących się od siebie oporach przepływu w tej części taśmy formującej 42, która jest przepuszczalna dla płynów. Jeden ze sposobów ewentualnego różnicowania obszarów przedstawiono na fig. 4. Każdy występ 59 taśmy formującej z fig. 4 znajduje się w zasadzie w takiej samej odległości od występu sąsiedniego 59, co zapewnia w zasadzie ciągłą sieć pierścieni 65 pomiędzy sąsiednimi występami 59.

W przybliżeniu przez środek wielu występów 59 lub przez każdy występ 59 biegnie w kierunku Z otworek 63, stanowiący kanalik przepływowy cieczy pomiędzy swobodnym końcem 53b występu 59 a obszarem 53a bliższego poziomu zewnętrznego zorientowanej powierzchni 53 struktury nośnej 57.

Opór przepływu otworka 63 biegnącego przez występ 59 jest inny, i zazwyczaj większy, od oporu przepływu pierścienia 65 pomiędzy sąsiednimi występami 59. Dlatego zazwyczaj więcej płynu nośnego spływa pierścieniami 65 pomiędzy sąsiednimi występami 59 niż przez otworek w danym występie wpisany w swobodny koniec 53b danego występu 59. Ponieważ przez otworek 63 spływa mniej płynu nośnego niż przez pierścień 65 pomiędzy sąsiednimi występami 59, więc na strukturze nośnej 57 pod pierścieniem 65 pomiędzy sąsiednimi występami 59 osadza się stosunkowo więcej włókien niż na strukturze nośnej 57 pod otworkami 63.

Pierścienie 65 i otworki 63 stanowią w taśmie formującej 42 odpowiednio strefy o dużych wydatkach przepływu i małych wydatkach przepływu. Ponieważ wydatek przepływu przez pierścienie 65 jest większy niż wydatek przepływu przez otworki 63 (ze względu na większe opory przepływu otworków 63) więc początkowy wydatek masowy przepływu płynnego nośnika będzie większy przez pierścienie 65 niż początkowy wydatek masowy przepływu przez otworki 63.

Rozumie się samo przez się, że płynny nośnik nie płynie przez występy 59, ponieważ są one dla niego nieprzepuszczalne. Natomiast w zależności od poziomu dalszych końców 53b występów 59 i długości włókien celulozowych, włókna celulozowe mogą osadzać się na dalszych końcach 53b występów 59.

W stosowanym tu znaczeniu, termin początkowy masowy wydatek przepływu odnosi się do wydatku przepływu płynnego nośnika podczas jego pierwszego wprowadzania i osadzania na taśmie formującej 42. Wiadomo oczywiście, że wydatek przepływu przez obie strefy przepływowe zmniejsza się w miarę upływu czasu ze względu na zatykanie stanowiących te strefy otworków 63 lub pierścieni 65 przez włókna celulozowe zawieszone w płynnym nośniku i zatrzymane na taśmie formującej 42. Różnica w przepływu pomiędzy 63 a pierścieniami 65 stanowi czynnik decydujący o zatrzymywaniu różnych ilości włókien celulozowych według określonego wzoru w różnych strefach taśmy formującej 42.

Ta różnica wydatków przepływu przez dane strefy jest określana drenażem etapowym co ma podkreślić, że pomiędzy początkowym wydatkiem przepływu płynnego nośnika przez strefy o dużych i małych wydatkach przepływu istnieje etap nieciągłości. Drenaż etapowy można z powodzeniem wykorzystać, jak wspomniano powyżej, do osadzania różnych ilości włókien w układzie mozaikowym w celulozowej strukturze włóknistej 20.

170 987

W szczególności, obszary 24 o dużej gramaturze będą występowały w układzie nieprzypadkowym według powtarzającego się wzoru, odpowiadającego w zasadzie rozmieszczeniu stref o dużych wydatkach przepływu (pierścienie 65) na taśmie formującej 42 oraz temu etapowi procesu wytwarzania celulozowej struktury włóknistej 20, który cechuje się dużym wydatkiem przepływu. Obszary 26 o pośredniej gramaturze będą pojawiały się w nieprzypadkowym układzie według powtarzającego się wzoru, odpowiadającego w zasadzie rozmieszczeniu stref o małych wydatkach przepływu (otworki 63) na taśmie formującej 42 oraz temu etapowi procesu wytwarzania celulozowej struktury włóknistej 20, który cechuje się małym wydatkiem przepływu. Obszary 28 o małej gramaturze będą pojawiały się w nieprzypadkowym układzie według powtarzającego się wzoru, odpowiadającego w zasadzie rozmieszczeniu występów na taśmie formującej 42 oraz żadnemu z etapów wytwarzania celulozowej struktury włóknistej 20, ani o dużym ani też o małym wydatku przepływu.

Pomiar oporów przepływu całej taśmy formującej 42 można wykonać dowolnym znanym w technice sposobem. Natomiast pomiar oporów przepływu w strefach o dużych i małych wydatkach przepływu oraz różnic w oporach przepływu pomiędzy nimi jest trudny ze względu na niewielkie rozmiary stref o dużych i małych wydatkach przepływu. Jednakże opór przepływu można ocenić na podstawie promienia hydraulicznego analizowanej strefy. Generalnie, opór przepływu jest odwrotnie proporcjonalny do promienia hydraulicznego.

Promień hydrauliczny strefy jest definiowany jako pole powierzchni strefy podzielone przez jej zwilżony obwód. W mianowniku często znajduje się wartość stała K, na przykład 4.

Natomiast ze względu na to, że dla tego celu istotne znaczenie ma wyłącznie analiza różnic pomiędzy promieniami hydraulicznymi stref, wartość stałą można uwzględnić albo pominąć, w zależności od potrzeb. Algebraicznie promień hydrauliczny można wyrazić w postaci:

, .. Pole powierzchni przepływu

Promień hydrauliczny = -w-r-x—oyk x zwilżony obwod gdzie k jest wartością stałą dla danej figury, a pole powierzchni przepływu jest polem powierzchni otworka 63 w występie 59, albo polem pierścienia utworzonego wokół występu 59, przy czym zewnętrzny obwód tego pierścienia jest utworzony przez punkty leżące w połowie odległości pomiędzy sąsiadującymi ze sobą występami 59, jak bardziej szczegółowo zdefiniowano poniżej, natomiast zwilżony obwód jest wymiarem liniowym obwodu strefy stykającej się z płynnym nośnikiem. W polu powierzchni przepływu nie uwzględnia się żadnych ograniczeń powodowanych przez strukturę nośną 57 znajdującą się pod występami 59. Promienie hydrauliczne pewnych powszechnie znanych figur są dobrze znane i można je znaleźć w wielu publikacjach takich jak Mark’s Standard Handbook for Mechanical Engineers, wydanie ósme, na które powołuje się niniejszy dokument w celu pokazania promieni hydraulicznych dla pewnych znanych figur oraz przedstawienia sposobów wyznaczania promieni hydraulicznych dla figur nieregularnych.

W przypadku taśm formujących pokazanych na fig. 4 obie interesujące strefy są definiowane w następujący sposób. Strefy o dużych wydatkach przepływu stanowią pierścieniowe otwory otaczające występ 59. Rozległość pierścieniowego obwodu danego występu 59 w kierunku XY stanowi połowę odległości promieniowej od występu 59 do sąsiedniego występu 59. Zatem obszar pomiędzy sąsiednimi występami 59 będzie miał granicę, biegnącą przez jego środek, która zbiega się z pierścieniowym obwodem występów sąsiednich 59 wyznaczających pierścień 65 pomiędzy występami sąsiednimi 59.

Ponadto ze względu na to, że występy 59 biegną w kierunku Z, do poziomu znajdującego się ponad tym, który stanowi pozostałą część struktury nośnej 57, więc w obszarach znajdujących się ponad występami 59 będzie osadzane mniej włókien, ponieważ włókna osadzane na tych częściach struktury nośnej 57, które odpowiadają otworkom 63 i pierścieniom 65 pomiędzy sąsiednimi występami muszą nagromadzić się do poziomu swobodnych końców 53b występów 59, zanim dodatkowe włókna będą w stanie zatrzymać się na górnej powierzchni występów 59 zamiast spłynąć otworkami 63 lub pierścieniami 65 pomiędzy sąsiednimi występami 59.

W jednym z nim ograniczających pod żadnym względem przykładów taśmy formującej 42, którą uznano za odpowiednią do osadzania struktur włóknistych według

170 987 wynalazku, zastosowano strukturę nośną 57 o podwójnym splocie. Struktura nośna 57 jest wykonana z włókien osnowy o średnicy około 0,15 milimetra i włókien wątku o średnicy około 0,18 milimetra z polem otwartym oczek stanowiącym około 45-50 procent. Przez strukturę nośną 57 może przepływać około 36 300 znormalizowanych dcm³ powietrza na minutę przy różnicy ciśnień około 124,5 Pa. Grubość struktury nośnej 57 wynosi około 0,76 milimetra, z uwzględnieniem węzłów uformowanych przez wzór tkania pomiędzy dwiema powierzchniami 53 i 55 taśmy formującej 42.

Na strukturze nośnej 57 taśmy formującej 42 są osadzone w dużej ilości występy 59 rozmieszczone w układzie przestawionym schodkowo. Podziałka odległości w kierunku maszynowym każdego występu 59 od sąsiadującego z nim wynosi około 19,8 milimetra, natomiast podziałka w kierunku poprzecznym do maszynowego wynosi około 10,8 milimetra. Występy 59 są rozmieszczone z gęstością 47 sztuk na centymetr kwadratowy.

Szerokość każdego występu w kierunku poprzecznym do maszynowego, mierzona jako odległość pomiędzy przeciwległymi narożnikami, wynosi około 9,1 milimetra, a długość w kierunku maszynowym, mierzona pomiędzy przeciwległymi narożnikami, wynosi około 13,6 milimetra. Występy 59 wystają na wysokość około 0,8 milimetra w kierunku Z od obszaru 53a bliższego poziomu zorientowanej na zewnątrz powierzchni 53 struktury nośnej 57 w kierunku swobodnego końca 53b występu 59.

W środku każdego z występów 59 znajduje się otworek 63, który biegnie od jego swobodnego końca 53b ku bliższemu końcowi występu w taki sposób, że swobodny koniec 53b występu jest połączony przepływowo ze strukturą nośną 57. Każdy otworek 63 znajdujący się w środku występu 59 ma kształt w zasadzie eliptyczny i ma oś małą o długości około 4,1 milimetra. Pole powierzchni otworka 63 stanowi około 29 procent pola powierzchni występu 59. Przepuszczalność powietrza przez taśmę formującą 42 ze strukturą nośną 59 z połączonymi z nią występami 57 wynosi około 490 znormalizowanych dcm ³ na minutę przy różnicy ciśnień około 124,5 Pa.

Na wspomnianej powyżej taśmie formującej 42 powstaje struktura włóknista 20 pokazana na fig. 1. Jednakże rozumie się samo przez się, że podany powyżej przykład nie ogranicza innych możliwości, w związku z czym bez odchodzenia od istoty wynalazku, określonej w zastrzeżeniach, można stosować różne odmiany struktur nośnych, występów 59, znajdujących się w nich otworków 63, i/lub pierścieni 65 pomiędzy sąsiednimi występami 59.

Jak pokazano na fig. 2, w skład urządzenia wchodzi ponadto zespół 44 do osadzania płynnego nośnika z włóknami celulozowymi na taśmie formującej 42, a zwłaszcza na powierzchni 53 taśmy formującej 42 z dyskretnymi, stojącymi pionowo występami 59, w taki sposób, że struktura nośna 57 i występy 59 są całkowicie pokryte zawiesiną włókien. Do tego celu można z powodzeniem zastosować skrzynię wlewową, która jest dobrze znanym urządzeniem w tej dziedzinie. W technice znane są różne typy skrzyń wlewowych, ale stwierdzono, że dobre wyniki uzyskiwano stosując konwencjonalne skrzynie wlewowe Fourdriniera, podające i osadzające w zasadzie w sposób ciągły zawiesinę włókien na zorientowaną zewnętrznie powierzchnię 53 taśmy formującej 42.

Zespół 44 do osadzania zawiesiny włókien i taśma formująca 42 są przesuwne względem siebie, co umożliwia osadzanie płynnego nośnika z zawartymi w nim włóknami celulozowymi na taśmie formującej 42 w procesie ciągłym w ilościach w zasadzie stałych. Alternatywnie, płynny nośnik z zawartymi w nim włóknami celulozowymi może być osadzany na taśmie formującej 42 partiami. Korzystnie, zespół 44 do osadzania zawiesiny włókien na przepuszczalnej taśmie formującej 42 może być regulowany w taki sposób, żeby w miarę zwiększania lub zmniejszania szybkości względnego przemieszczania się taśmy formującej 42 i urządzeń osadzających 44, można było osadzać na taśmie formującej 42 odpowiednio większą lub mniejszą ilość płynnego nośnika z zawartymi w nim włóknami celulozowymi w jednostce czasu.

Można również zaopatrzyć urządzenie do wytwarzania struktur włóknistych w układ suszący zawierający taśmę pomocniczą 46 i urządzenia suszące 50a i/lub 50b do suszenia zawiesiny włókien w taki sposób, żeby z zawiązków celulozowej struktury włóknistej 20 w postaci włókien powstała dwuwymiarowa celulozowa struktura włóknista 20 o stężeniu co

170 987 najmniej 90 procent. Do suszenia zawiązków celulozowej struktury włóknistej 20 z zawiesiny włókien można zastosować dowolne odpowiednie do tego celu urządzenia suszące 50a i/lub 50b, dobrze znane w technice produkcji papieru. Na przykład, odpowiednimi i dobrze znanymi urządzeniami do tego celu są filce prasujące, termiczne komory kołpakowe, promienniki podczerwone, suszarki przedmuchowe i bębny suszące Yankee, stosowane oddzielnie lub łącznie z innymi. Szczególnie zaleca się suszenie za pomocą suszarki przedmuchowej i bębna suszącego Yankee, umieszczonych jedno za drugim.

W razie potrzeby, w skład urządzenia może jeszcze wchodzić walec emulsyjny 66, jak pokazano na fig. 2. Jego zadaniem jest nakładanie podczas opisanego powyżej procesu odpowiedniej ilości substancji chemicznej na taśmę formującą 42 lub, w razie potrzeby, na taśmę pomocniczą 46. Substancja chemiczna może działać jako środek abhezyjny zapobiegający niepożądanemu przywieraniu celulozowej struktury włóknistej 20 do taśmy formującej 42 lub do taśmy pomocniczej 46. Ponadto walec emulsyjny 66 może być wykorzystany do osadzania środka chemicznego zabezpieczającego taśmę formującą 42 lub taśmę pomocniczą 46, a tym samym przedłużającego ich żywotność. Korzystnie, emulsja jest nakładana na zorientowane zewnętrznie powierzchnie topograficzne 53 taśmy formującej 42 przed jej zetknięciem się ze strukturą włóknistą 20. Zazwyczaj zachodzi tu po przeniesieniu celulozowej struktury włóknistej 20 z taśmy formującej 42 w miejscu, w którym taśma formująca 42 biegnie w kierunku powrotnym.

Do zalecanych środków chemicznych przeznaczonych na emulsje należą substancje zawierające wodę, olej do turbin szybkobieżnych znany jako Olej Szlachetny, sprzedawany przez Texaco Oil Company z Houston, Texas, pod numerem katalogowym R&O 68 Code 702; dwumetylodwustearylochlorek amonu sprzedawany przez Sherex Chemical Company, Inc. z Rolling Meadows, Illinois pod nazwą AOGEN TA100; alkohol cetylowy produkowany przez firmę Procter and Gamble Company z Cincinnati, Ohio; oraz środek przeciwutleniający, na przykład taki jak sprzedawany przez American Cyanamid z Wayne, New Jersey pod nazwą Cyanox 1790. W razie potrzeby, w skład urządzenia mogą również wchodzić spryskiwacze lub natryski zmywające (nie pokazane), przeznaczone do zmywania z taśmy formującej 42 włókien i innych pozostałości po przeniesieniu celulozowej struktury włóknistej 20 z taśmy formującej 42.

Opcjonalnym, ale bardzo zalecanym etapem w produkcji celulozowej struktury włóknistej 20 według niniejszego wynalazku, jestjej skracanie po wysuszeniu. W stosowanym tu znaczeniu, termim skracanie odnosi się do etapu zmniejszania długości celulozowej struktury włóknistej 20 poprzez zmianę układu włókien i zerwanie wiązań pomiędzy włóknami. Skracanie można zrealizować w dowolny sposób spośród kilku dobrze znanych, z których najbardziej popularnym i zalecany m jest krepowanie.

Etap krepowania można połączyć z etapem suszenia, używając do tego wspomnianego wcześniej bębna suszącego Yankee. Proces krepowania polega na przyczepianiu celulozowej struktury włóknistej 20 do jakiejś powierzchni, korzystnie do urządzenia suszącego 50b, takiego jak bęben suszący Yankee, a następnie jej zdejmowaniu z tej powierzchni za pomocą listwy zgarniającej 68 w wyniku ruchu listwy zgarniającej 68 względem powierzchni, do której celulozowa struktura włóknista przywiera. Listwa zgarniaj ąca 68 jest zorientowana w ten sposób, że jej składowa jest prostopadła do kierunku ruchu wspomnianej powierzchni względem listwy 68 i, korzystnie, jest w zasadzie prostopadła do tej powierzchni.

Urządzenie może być również wyposażone w zespół do działania różnicą ciśnień na wybrane części struktury włóknistej 20. Różnica ciśnień może powodować zagęszczanie lub rozrzedzanie obszarów 24, 26 i 28. Różnica ciśnień może działać na strukturę włóknistą 20 podczas dowolnego etapu procesu przed odprowadzeniem zbyt dużej ilości płynnego nośnika, a korzystnie wtedy, kiedy struktura włóknista 20 jest nadal w stanie zawiązkowym. Jeżeli zostanie usunięta zbyt duża ilość płynnego nośnika przed przyłożeniem różnicy ciśnień, to włókna mogą być zbyt sztywne, co uniemożliwi im dopasowanie się do topografii układu występów 59, w wyniku czego powstanie struktura włóknista 20 bez wspomnianych obszarów o zróżnicowanej gęstości.

170 987

W razie potrzeby liczne obszary 24,26 i 28 struktury włóknistej 20 można dalej dzielić na podobszary o zróżnicowanej gęstości za pomocą urządzeń działających różnicą ciśnień na wybrane obszary struktury włóknistej 20. Inaczej mówiąc, każdy obszar 24, 26 lub 28 o danej gramaturze może być obrobiony za pomocą opisanego tu urządzenia i techniki w taki sposób, że może mieć więcej niż jedną gęstość.

Na przykład, w razie konieczności zwiększenia powiązania włókien ze sobą, a tym samym zwiększenia wytrzymałości struktury włóknistej 20 na rozciąganie, korzystne jest zwiększenie gęstości wybranych obszarów w zasadzie ciągłej sieci w postaci obszaru 24 o dużej gramaturze. Można to zrobić poprzez przeniesienie celulozowej struktury włóknistej 20 z taśmy formującej 42 na taśmę pomocniczą 46 z występami, które nie pokrywają się pozycyjnie z dyskretnymi występami 59 na taśmie formującej 42. Podczas przenoszenia (lub po) występy na taśmie pomocniczej 46 zgniatają wybrane miejsca w obszarach 24, 26 i 28 celulozowej struktury włóknistej 20 powodując ich zagęszczanie.

Oczywiście obszary 42 o dużej gramaturze uzyskują większą gęstość niż obszary 26 o gramaturze pośredniej albo obszary 28 o gramaturze małej, ponieważ w obszarach 24 o dużej gramaturze znajduje się więcej włókien. A zatem poprzez selektywne nadawanie strukturze włóknistej odpowiedniego stopnia zagęszczenia można zwiększyć gęstość wybranych miejsc w obszarach o dużej gramaturze, zwiększyć gęstość w obszarach o dużej i pośredniej gramaturze, lub zwiększyć gęstość wybranych miejsc w obszarach 24, 26 i 28, odpowiednio o dużej, pośredniej i małej gramaturze.

W związku z tym, dzięki odpowiedniemu selektywnemu zwiększaniu gęstości istnieje możliwość wytwarzania struktur z czterema obszarami: obszarem 24 o dużej gramaturze o danej gęstości, obszarem 24 o dużej gramaturze i gęstości większej w porównaniu z pozostałą jego częścią, obszarem 26 o gramaturze pośredniej oraz obszarem 28 o gramaturze małej. Alternatywnie, istnieje również możliwość wytwarzania struktury włóknistej 20 z pięcioma obszarami: obszarem 24 o dużej gramaturze i pierwszej gęstości, oraz obszarem 24 o dużej gramaturze i stosunkowo większej gęstości, obszarem 26 o gramaturze pośredniej i pierwszej gęstości, obszarem 26 o gramaturze pośredniej i stosunkowo większej gęstości oraz obszarem 28 o małej gramaturze. I w końcu, istnieje oczywiście możliwość wytwarzania celulozowej struktury włóknistej 20 z sześcioma obszarami: obszarem 24 o dużej gramaturze i pierwszej gęstości, obszarem 24 o dużej gramaturze i stosunkowo większej gęstości, obszarem 26 o gramaturze pośredniej i pierwszej gęstości, obszarem 26 o gramaturze pośredniej i stosunkowo większej gęstości, obszarem 28 o małej gramaturze i pierwszej gęstości oraz obszarem 28 o małej gramaturze i stosunkowo większej gęstości.

Podczas zgniatania wybranych miejsc za pomocą występów znajdujących się na taśmie pomocniczej 46, w miejscach tych rośnie gęstość oraz zwiększa się stopień związania włókien ze sobą. Takie zwiększanie gęstości zwiększa wytrzymałość całej struktury włóknistej 20 na rozciąganie.

Alternatywnie, istnieje również możliwość zmniejszenia gęstości w różnych obszarach 24, 26 lub 28, poprzez zwiększenie grubości i chłonności takich miejsc. Zmniejszenie gęstości można uzyskać przenosząc celulozową strukturę włóknistą 20 z taśmy formującej 42 na taśmę pomocniczą 46 z obszarami 63, przez które może działać podciśnienie, nie pokrywającymi się pozycyjnie z występami 59 lub różnymi obszarami 24, 26 i 28 celulozowej struktury włóknistej 20. Po przeniesieniu celulozowej struktury włóknistej na taśmę pomocniczą 46, przez znajdujące się w tej taśmie obszary 63, przez które może działać ciśnienie, podawany jest płyn, w którym istnieje różnica ciśnień, nadciśnienie lub podciśnienie względem ciśnienia atmosferycznego. W każdym miejscu, które pokrywa się pozycyjne z obszarami 63, przez które może działać podciśnienie, płyn, w którym istnieje różnica ciśnień, przemieszcza włókna w płaszczyźnie normalnej do taśmy pomocniczej 46. Dzięki przemieszczaniu się włókien w tych obszarach wywołanemu różnicą ciśnień płynu, włókna wychodzą z płaszczyzny celulozowej struktury włóknistej 20 zwiększając tym samym jej grubość.

Do zalecanych urządzeń, które działaj ą różnicą ciśnień płynu na powierzchnie celulozowej struktury włóknistej 20 pokrywające się pozycyjnie z obszarami 63 taśmy pomocniczej 46, przez

170 987 które może działać podciśnienie, należy skrzynia próżniowa 47, działająca płynem o ciśnieniu mniejszym od atmosferycznego na tę powierzchnię taśmy pomocniczej 46, która nie styka się ze strukturą włóknistą 20.

Celulozowa struktura włóknista 20 według niniejszego wynalazku może być wytwarzana w procesie składającym się z etapów obejmujących dostarczanie licznych włókien celulozowych wprowadzanych do płynnego nośnika. Włókna celulozowe nie są rozpuszczane w płynnym nośniku, ale tworzą w nim zawiesinę. Ponadto w procesie stosowany jest przepuszczalny dla płynów, zatrzymujący włókna zespół formujący, na przykład taśma formująca 42, oraz zespół 44 do osadzania płynnego nośnika z zawartymi w nim włóknami celulozowymi na taśmie formującej 42.

Na taśmie formującej 42 znajdują się strefy o dużym i małym wydatku przepływu płynów, odpowiednio pierścienie 65 i otworki 63. Taśma formująca jest również zaopatrzona w występy 59.

Na taśmie formującej 42 jest osadzany płynny nośnik z zawartymi w nim włóknami celulozowymi, jak pokazano na fig. 2. Płynny nośnik jest odprowadzany poprzez taśmę formującą 42 w dwóch równoczesnych etapach, etapie o dużym wydatku przepływu i małym wydatku przepływu. W etapie o dużym wydatku przepływu płynny nośnik spływa przez przepuszczalne dla płynów strefy o dużym wydatku przepływu przy danym początkowym wydatku przepływu, do czasu pojawienia się przeszkód (lub wstrzymania dopływu płynnego nośnika do tej części taśmy formującej 42).

W etapie z małym wydatkiem przepływu, płynny nośnik spływa przez strefy taśmy formującej o małym wydatku przepływu przy danym początkowym wydatku przepływu, który jest mniejszy od początkowego wydatku przepływu przez strefy o dużym wydatku przepływu.

Oczywiście wydatek przepływu zarówno przez strefy o dużym jak i o małym wydatku przepływu zmniejsza się w funkcji czasu ze względu na spodziewane przeszkody w obu strefach. Bez powoływania się na konkretną teorię, można sformułować opinię, że niektóre strefy o małym wydatku przepływu mogą zatykać się przed zatkaniem stref o dużym wydatku przepływu.

Pierwsze zatarasowanie strefy może być spowodowane mniejszym promieniem hydraulicznym i większymi oporami przepływu w takich strefach, szacowanymi na podstawie takich czynników jak pole powierzchni przepływu, zwilżony obwód, kształt i rozkład stref o małym wydatku przepływu. Na przykład, w strefach o małym wydatku przepływu mogą znajdować się w występach 59 otworki 63, w których opór przepływu jest większy niż opory przepływu przez przepuszczalne dla płynów pierścienie 65, znajdujące się pomiędzy sąsiadującymi ze sobą występami 59.

Do ilościowego pomiaru względnych różnic nieprzezroczystości można zastosować mikroskop stereoskopowy Nikon, Model SMZ-2T sprzedawany przez firmę Nikon Company z Nowego Jorku, w połączeniu z zamontowaną równolegle kamerą telewizyjną Dage MTI model NC-70. Obraz z mikroskopu może być oglądany stereoskopowo przez okulary lub jako obraz dwuwymiarowy na monitorze komputerowym. Analogowe dane obrazowe z kamery połączonej z mikroskopem można przetwarzać cyfrowo za pomocą karty wizyjnej wykonanej przez Data Translation z Marlboro, Massachusetta i analizować za pomocą komputera Macintosh I1x firmy Apple Computer Co. z Cupertino, Califomia. Przetwarzanie cyfrowe i analizę można przeprowadzić za pomocą oprogramowania IMAGE wersja 1.31, które można zakupić w National Institute of Health w Waszyngtonie.

Próbka jest oglądana przez okular mikroskopu pracującego w trybie stereoskopowym, co umożliwia określenie tych jej obszarów, w których włókna leżą w zasadzie w jej płaszczyźnie oraz pozostałych obszarów, w których włókna wychodzą w kierunku normalnym poza płaszczyznę próbki. Można oczekiwać, że obszary z włóknami wychylonymi w kierunku normalnym do płaszczyzny próbki będą miały mniejszą gęstość niż obszary z włóknami leżącymi w zasadzie w płaszczyźnie próbki. Do dalszej analizy należy wybrać dwa obszary, po jednym reprezentatywnym dla każdego ze wspomnianych powyżej rozkładów włókien.

Ze względu na wygodę użytkownika podczas rozpoznawania interesujących obszarów próbki można stosować ręczną nieprzezroczystą maskę z przezroczystym okienkiem o wymia170 987 rach nieco większych od wymiarów analizowanego obszaru. Próbkę należy umieścić na stoliku przedmiotowym mikroskopu w taki sposób, żeby interesujący obszar znalazł się w jego środku. Następnie na próbkę należy położyć maskę w taki sposób, żeby przezroczyste okienko zajmowało położenie centralne i obejmowało analizowany obszar. Analizowany obszar wraz z okienkiem należy sprowadzić na ekranie monitora do położenia centralnego. Usunąć maskę, co eliminuje możliwość wpływania własności przezroczystego okienka na wyniki analizy.

Umieszczoną na stoliku przedmiotowym próbkę oświetlić z dołu w taki sposób, żeby ujawniły się stosunkowo drobne włókna. Następnie wyznacza się progowe poziomy szarości i reguluje je w taki sposób, żeby odpowiadały kapilarom o małych rozmiarach. Stwierdzono, że odpowiednie wyniki uzyskuje się stosując 256 opisanych powyżej poziomów szarości, przy czym 0 reprezentuje barwę całkowicie białą, a 255 całkowitą czerń. Stwierdzono, że w przypadku opisanych tu próbek progowymi poziomami szarości odpowiednimi do wykrywania kapilar są poziomy od 0 do 125.

Następnie cały wybrany obszar jest malowany dwukolorowo, przy czym pierwszy z kolorów odpowiada wykrytym kapilarom i dyskretnym cząstkom natomiast obecność włókien nie wykrytych jest zaznaczona odcieniami szarości. Cały wybrany obszar jest wycinany i usuwany z otaczającej części próbki za pomocą myszy albo za pomocą odpowiedniego oprogramowania. Za pomocą odpowiedniego oprogramowania można z łatwością wyznaczyć i stabilizować liczbę elementów zacieniowanych, obrazujących rzut kapilar, które przechodzą przez grubość próbki oraz ich przeciętną wielkość (w jednostkach pola). Wymiary elementów można podawać albo w pikselach lub, w razie potrzeby, można je zmierzyć mikrometrem wyznaczając rzeczywiste pole powierzchni poszczególnych kapilar.

Procedurę tę należy powtórzyć dla drugiego interesującego obszaru. Drugi obszar jest odpowiednio centrowany na monitorze, następnie wycinany i usuwany z reszty próbki, przy czym w razie konieczności można stosować ręczną maskę. Znowu należy policzyć elementy progowe, reprezentujące rzut kapilar, które przechodzą przez grubość próbki, i podać w tabeli ich przeciętne wymiary.

Następnie można obliczyć wszystkie różnice w nieprzezroczystości analizowanych obszarów 24,26 i 28. Jak ujawniono powyżej, należy się spodziewać, że nieprzezroczystość obszarów 24 o dużej gramaturze będzie większa niż nieprzezroczystość obszarów 26 o pośredniej gramaturze, które z kolei będą bardziej nieprzezroczyste od obszarów 28 o małej gramaturze.

Gramaturę celulozowej struktury włóknistej 20 według niniejszego wynalazku można określać jakościowo poprzez jej oglądanie (w razie potrzeby w powiększeniu) w kierunku w przybliżeniu normalnym do jej płaszczyzny. Nieprzypadkowe, powtarzające się według regularnego wzoru występowanie różnic w ilości włókien, zwłaszcza ich ilości w przypadku obserwacji wzdłuż dowolnej linii normalnej do wspomnianej płaszczyzny, można w zasadzie uznać za występowanie różnic gramatury według podobnego wzoru.

Szczególnie przydatną do określania gramatury dowolnego wybranego obszaru 24,26 lub 28 lub różnic w gramaturze pomiędzy dwoma dowolnymi obszarami 24, 26 lub 28, jest ocena ilości włókien spiętrzonych na górze innych włókien. Generalnie, o różnicach gramatur pomiędzy różnymi obszarami 24,26 lub 28 świadczą odwrotnie proporcjonalne różnice w ilości światła przechodzącego przez takie obszary 24, 26 lub 28.

W razie konieczności dokładniejszego określenia gramatury jednego z obszarów 24, 26 lub 28 w stosunku do innego obszaru 24,26 lub 28, wielkości wspomnianych różnic względnych można wyznaczyć ilościowo wykonując fotografię próbki w miękkich promieniach rentgenowskich, a następnie analizując uzyskany obraz. Dzięki fotografii w miękkich promieniach rentgenowskich i technikom analizy obrazów można porównać próbkę danej celulozowej struktury włóknistej 20 z zestawem próbek wzorcowych o znanych gramaturach. W analizie stosuje się trzy maski: jedną w celu pokazania dyskretnych obszarów 28 o małej gramaturze, jedną w celu pokazania w zasadzie ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze oraz jedną do pokazania obszarów przejściowych. W poniższym opisie będą przytaczane kanały pamięci. Rozumie się samo przez się, że pomimo iż określone kanały pamięci odnoszą się do konkretnych próbek, to dalszy opis wyznaczania gramatury nie jest ograniczony w taki sposób.

170 987

Podczas analizy porównawczej próbki wzorcowe i próbka badana są równocześnie napromieniane miękkimi promieniami rentgenowskimi w celu określenia i kalibracji skali szarości obrazu badanej próbki. Następnie wykonuje się fotografię próbki w miękkich promieniach rentgentowskich, rejestrując natężenie obrazu na błonie proporcjonalnie do wielkości masy, reprezentującej ilość włókien w strukturze włóknistej 20, znajdujących się na drodze promieni rentgenowskich.

W razie potrzeby fotografię w miękkich promieniach rentgenowskich można wykonać za pomocą aparatury rentgenowskiej Hewlett Packard Faxitron, sprzedawanej przez firmę Hewlett Packard Company z Palo Alto, California. Do zrobienia i wywołania opisanej poniżej fotografii próbki można z powodzeniem zastosować błonę NDT 35 do fotografii rentgenowskich, sprzedawaną przez firmę E. I. DuPont Nemours & Co z Wilmington, Delaware oraz rotacyjne urządzenie JOBO do obróbki błon filmowych.

W związku ze znanymi i powszechnie spotykanymi różnicami pomiędzy poszczególnymi aparatami rentgenowskimi, operator musi ustalić optymalne warunki naświetlania dla każdego urządzenia rentgenowskiego. Stosowana w tym przypadku aparatura Faxitron miała następujące parametry: wymiary źródła promieniowania rentgenowskiego około 0,5 milimetra, okienko berylowe o grubości 0,64 milimetra oraz prąd stały o natężeniu trzech miliamperów. Odległość błony od źródła promieniowania wynosiła około 61 centymetrów, a napięcie około 8 kV. Jedynym parametrem zmiennym był czas napromieniania, który ustalano w taki sposób, żeby kontrast obrazu cyfrowego, z którego wykonywano w opisany poniżej sposób histogram, był maksymalny.

Wycinano matrycowo próbkę o wymiarach około 2,5 na około 7,5 centymetrów. W razie potrzeby próbkę odpowiednio znakowano w celu umożliwienia dokładnego określania położeń obszarów 24,26 i 28 o rozróżnialnych gramaturach. Odpowiednie znaki można wprowadzić do próbki poprzez matrycowe wycięcie w niej trzech otworków za pomocą małego punktaka. W opisanym tu przykładzie wykonania stwierdzono, że najlepsze wyniki uzyskano za pomocą punktaka o średnicy około 1,0 milimetra. Otworki mogą leżeć wzdłuż jednej linii albo też w wierzchołkach trójkąta.

Wspomniane znaki można wykorzystać, jak opisano poniżej, do zestrojenia obszarów 24, 26 i 28 o określonej gramaturze z obszarami 24,26 i 28 odróżniającymi się innymi parametrami intensywnymi, na przykład grubością i/lub gęstością. Po wprowadzeniu wspomnianych znaków próbka jest ważona na wadze analitycznej z dokładnością do czterech miejsc znaczących.

Do aparatury rentgenowskiej Faxitron wkładano błonę NDT 35 firmy DuPont zwróconą emulsją do góry, a na nią kładziono wyciętą próbkę. Równocześnie wkładano również do aparatury rentgenowskiej około pięć próbek wzorcowych o wymiarach 15 milimetrów x 15 milimetrów o znanych gramaturach (zbliżonych wartościowo do gramatur różnych obszarów 24, 26 i 28 próbki) i znanych polach powierzchni, co podczas każdego naświetlania i wywoływania fotografii próbki umożliwia uzyskanie dokładnej zależności gramatury od skali szarości. Następnie do aparatury Faxitron wpuszczano na około 5 minut hel pod wyregulowanym ciśnieniem około 6895 Pa w wyniku czego usuwano z niej powietrze, a tym samym minimalizowano możliwość absorpcji przez nie promieni rentgenowskich. Czas napromieniania próbki był ustawiany na około 2 minuty.

Po przepłukaniu komory badawczej helem, próbkę napromieniano miękkimi promieniami rentgenowskimi. Po zakończeniu napromieniania błona była przenoszona do odpowiedniej kasety ochronnej, z następnie wywoływana w standardowych warunkach zalecanych przez firmę E. I. DuPont Nemours and Co., w wyniku czego otrzymywano gotową fotografię radiograficzną.

Wspomniane powyżej czynności powtarzano przy czasach napromieniania około 2,2; 2,5; 3,0; 3,5 i 4,0 minut. Następnie wykonane z różnymi czasami napromieniania fotografie poddawano obróbce cyfrowej za pomocą skanera liniowego o wysokiej rozdzielczości do fotografii rentgenowskich, produkowanego przez Vision Ten ofT orrence, California, działającego w trybie 8 bitowym. Fotografie można przetwarzać cyfrowo z rozdzielczością 1024 x 1024 punktów, odpowiadających fotografii rentgenowskiej o wymiarach 8,9 x 8,9 centymetra. Odpowiednim do tego celu programem jest Radiographic Imaging Transmission and Archive (RITA) opraco170987 wany przez Vision Ten. Następnie wykonano histogramy fotografii w celu zarejestrowania częstotliwości występowania każdej wartości skali szarości. Dla każdego czasu napromieniania zarejestrowano odchylenie standardowe.

W całym dalszym postępowaniu korzystano z czasu naświetlania, dla którego uzyskano maksymalne odchylenie standardowe. W przypadku kiedy zastosowane czasy naświetlania nie umożliwiają uzyskania maksymalnego odchylenia standardowego, należy je rozszerzyć poza podany powyżej przedział wartości. Odchylenia standardowe związane z fotografiami uzyskanymi przy czasach naświetlania z rozszerzonego przedziału wartości powinny być przeliczone. Postępowanie to należy powtarzać do czasu uzyskania wyraźnego maksymalnego odchylenia standardowego. Maksymalne odchylenie standardowe jest wykorzystywane do maksymalizacji kontrastu uzyskiwanego wskutek rozrzucenia danych. W przypadku omawianych próbek za optymalne uznano czasy napromieniania od około 2,5 do około 3,0 minut.

Następnie optymalny rentgenogram przetwarzano cyfrowo w trybie 12 bitowym, używając do tego celu skanera liniowego o wysokiej rozdzielczości, za pomocą którego rzutowano obraz na monitor 1024 x 1024 w stosunku jeden do jednego: do przechowywania, pomiarów i wyświetlania obrazów używano programu Radirgraphic Imaging Transmission and Archive firmy Vision Ten. Układ optyczny skanera ustawiano na pole widzenia o wymiarach około 8,9 centymetra na 1024 pikseli. Następnie radiogram skanowano w trybie 12 bitowym, uśredniając wartości zarówno liniowo jak i według tabel wartości skrajnych w celu powrotnego przetworzenia go na tryb ośmiobitowy.

Uzyskany obraz wyświetlano na monitorze liniowym 1024 x 1024. Następnie analizowano wartości poziomów szarości wyznaczający wszystkie gradienty na napromienionym obszarze radiogramu nie związane, a badaną próbką lub próbkami wzorcowymi. Radiogram uznawano za dopuszczalny pod warunkiem spełnienia jednego z następujących trzech kryteriów:

w tle radiogramu nie ma gradientów poziomów szarości w kierunku z boku na bok; w tle radiogramu nie ma gradientów poziomów szarości w kierunku z góry na dół: istnieje tylko gradient w jednym kierunku, tj. różnica szarości z jednego boku na drugi w górnej części radiogramu odpowiada takiej samej różnicy gradientu w dolnej części radiogramu.

Jednym z uproszczonych sposobów określenia możliwości spełnienia trzeciego warunku jest zbadanie poziomów szarości pikseli znajdujących się w czterech narożach radiogramu, których odpowiedniki sąsiadują z fotografią próbki.

Pozostałe czynności można wykonać za pomocą procesora obrazów Gould Model IP9545 firmy Gould Inc. z Fremont, California, współpracującego z komputerem VAX 8350 firmy Digitized Equipment Corporation z oprogramowaniem Library of Image Processor Software (LIPS).

Za pomocą algorytmu do pobierania interesujących obszarów próbek wybierano część tła błony spełniającą podane powyżej kryterium. Następnie pobrane obszary powiększano do wymiarów 1024 x 1024 piksele w celu symulowania tła błony. Wygładzanie uzyskanego obrazu przeprowadzono za pomocą filtra Gaussa (wymiary matrycy 29 x 29). Uzyskany w ten sposób obraz, definiowany jako obraz bez elementów badanej próbki i próbek wzorcowych, był następnie zapamiętywany jako tło błony.

Uzyskane w ten sposób tło błony odejmowano cyfrowo od części obrazu zawierającej obraz próbki na tle błony, uzyskując nowy obraz. Przyjęto następujący algorytm odejmowania cyfrowego: wartościom poziomów szarości od 0 do 128 przypisywano wartość 0, natomiast wartościom poziomów szarości od 129 do 255 przypisywano skorygowane wartości od 1do 127 (stosowano wzór x-128). Zadaniem korekcji była eliminacja wyników ujemnych, jakie mogły pojawić się w obrazie powstającym wskutek odejmowania. Dla każdego pola obrazu rejestrowano wartości maksymalne, minimalne, odchylenie standardowe, wartość środkową, wartość średnią oraz pole powierzchni piksela.

Nowy obraz, na którym znajdowały się tylko informacje dotyczące badanej próbki i próbek wzorcowych, zapamiętywano w celu dalszej obróbki. Następnie przedstawiony algorytm wykorzystywano do selektywnego ustalania indywidualnie określonych pól obrazu dla każdego z pól obrazu, w którym znajdowały się próbki wzorcowe. Dla każdej próbki wzorcowej mierzono

170 987 histogram poziomu szarości. Następnie wykonywano histogramy takich indywidualnie zdefiniowanych pól.

Następnie na podstawie danych z histogramów z poprzedniego etapu opracowywano równanie regresyjne opisujące związek masy z poziomem szarości oraz obliczano współczynniki tego równania. Zmienną niezależną był średni poziom szarości. Zmienną zależną była masa przypadająca na piksel w każdej próbce wzorcowej. Ponieważ poziomowi szarości zero przypisano wartość masy równą zeru, więc równanie regresji musi przechodzić przez zero. Uzyskane równanie może być wykorzystane w dowolnym programie typu arkusza kalkulacyjnego i można z niego korzystać na zwykłym komputerze osobistym.

Następnie przedstawiony algorytm zastosowano do obróbki pola obrazu zawierającego tylko badaną próbkę. Uzyskany obraz, pokazany na kanale pamięci 1, jest zapamiętywany do dalszej obróbki, i jest również klasyfikowany pod względem liczby przypadków występowania każdego poziomu szarości. Następnie równanie regresji jest wykorzystywane w powiązaniu ze sklasyfikowanymi danymi obrazowymi do wyznaczenia łącznej masy obliczeniowej. Równanie regresji ma następującą postać:

Y = A x X x N gdzie Y jest masą odpowiadającą każdej grupie poziomów szarości; A jest współczynnikiem wyznaczonym z analizy regresyjnej; X jest poziomem szarości (z przedziału 0 -255); a N równa się liczbie pikseli w każdej grupie (wyznaczonej na podstawie obrazu sklasyfikowanego). Suma wszystkich wartości Y stanowi łączną masę obliczeniową. W celu zwiększenia dokładności wartość ta jest następnie porównywana z rzeczywistą masą próbki uzyskaną podczas jej ważenia.

Następnie kalibrowany obraz z kanału pamięci 1 jest wyświetlany na monitorze, a jego obszar o wymiarach 256 x 256 pikseli poddawany analizie za pomocą algorytmu. Dany obszar jest następnie równomiernie powiększany sześciokrotnie w każdym kierunku. Wszystkie następne obrazy są tworzone z tego obrazu wynikowego.

W razie potrzeby, w celu podziału na segmenty różnych obszarów 24, 26 i 28, istnieje możliwość wybrania pola obrazu wynikowego, pokazanego na kanale pamięci 6, zawierającego około dziesięć miejsc o nieprzypadkowym, powtarzającym się wzorze różnych obszarów 24,26 lub 28. Pokazany na kanale pamięci 6 obraz wynikowy jest zapamiętywany do dalszej obróbki. Obszary przejściowe pomiędzy obszarami 24 o dużej gramaturze, a obszarami 28 o małej gramaturze można określić za pomocą blatu z przetwornikiem cyfrowym, wyposażonego w pióro świetlne oraz dialogowej, graficznej procedury maskowania. Operator powinien według swojego uznania zaznaczyć ręcznie za pomocą pióra świetlnego dyskretne obszary 26 prowadząc linie w środku odległości pomiędzy dyskretnymi obszarami 26 a obszarami ciągłymi 24 i 28, a następnie wypełnić je. Operator powinien tak prowadzić linie rozgraniczające, żeby zamykały się wokół każdego z obszarów dyskretnych 26. W wyniku tego zabiegu, wokół i pomiędzy obszarami dyskretnymi 26 powstają granice, które można zróżnicować w zależności od zmian natężenia poziomu szarości.

Następnie powstała w poprzednim kroku maska graficzna jest kopiowana bitowo w celu nadania wszystkim maskowanym wartościom (takjak w obszarze 26) wartości zero, a wszystkim wartościom nie maskowanym (takim jak w obszarach 24 i 28) wartości 128. Uzyskana maska jest zapamiętywana do dalszego wykorzystania. Maska ta, pokrywająca obszary dyskretne 26, jest następnie rozrzedzana na zewnątrz na szerokości czterech pikseli wokół obwodu każdego maskowanego obszaru 26.

Następnie wspomniany powyżej powiększony obraz z kanału pamięci 6 jest kopiowany przez rozrzedzoną maskę. W wyniku tego zabiegu powstaje obraz pokazany na kanale pamięci 4, na którym znajduje się wyłącznie ciągła sieć zmniejszonych obszarów 24 o dużej gramaturze. Pokazany na kanale pamięci 4 obraz jest zapamiętywany do dalszej obróbki oraz klasyfikowany pod względem liczby przypadków występowania każdej wartości poziomu szarości.

Uzyskana uprzednio maska jest przetwarzana za pomocą tablicy kodowej umożliwiającej zamianę wartości poziomów szarości z układu 0-128 na 128-0. Wynikiem takiego przeliczenia jest odwrócenie maski. Następnie odwrócona maskajest rozrzedzana do wewnątrz na szerokości

170 987 czterech pikseli wokół granic zakreślonych przez operatora. Skutkiem takiego działania jest erozja obszarów dyskretnych 26.

Powiększony obraz z kanału pamięci 6 jest następnie kopiowany przez drugą rozrzedzoną maskę, w wyniku czego powstają zerodowane obszary 28 o małej gramaturze. Pokazany na kanale pamięci 3 obraz wynikowy jest następnie zapamiętywany do dalszej obróbki i klasyfikowany pod względem liczby przypadków występowania każdego poziomu szarości.

W celu uzyskania pikselowych wartości obszarów przejściowych, którymi są dwa obszary o szerokości czterech pikseli wnikające zarówno w obszary 24 o dużej jak i w obszary 28 o małej gramaturze, należy połączyć dwa zerodowane obszary otrzymane po przetworzeniu za pomocą rozrzedzonych masek, jak pokazano na kanałach pamięci 3 i 5. Proces łączenia polega na załadowaniu najpierw jednego ze zmniejszonych obrazów do jednego kanału pamięci, a następnie drugiego do drugiego kanału pamięci.

Następnie obraz z kanału pamięci 2 jest kopiowany na obraz z kanału pamięci 4 za pomocą maski, jaką stanowi obraz z kanału pamięci 2. Ponieważ drugi obraz z kanału pamięci 4 został wykorzystany jako kanał maskujący, więc na obraz z kanału pamięci 4 zostaną skopiowane tylko piksele o wartości różnej od zera. Wynikiem tej procedury jest powstanie obrazu zawierającego zerodowane obszary 24 o dużej gramaturze oraz zerodowane obszary 28 o małej gramaturze, natomiast nie będzie na nim szerokich na dziewięć pikseli obszarów przejściowych (cztery piksele będące rezultatem każdego rozrzedzania i jeden piksel znajdujący się na linii nakreślonej przez operatora podczas zaznaczania obszarów 26). Uzyskany obraz, pokazany na kanale pamięci 2, nie zawierający obszarów przejściowych, jest zapamiętywany do dalszej obróbki.

Wszystkie wartości pikselowe obszarów przejściowych na obrazie obszarów przejściowych z kanału pamięci 2 są zerowe, a ponadto wiadomo, że na obrazie tym nie może być wartości poziomów szarości większych niż 127 (co wynika z algorytmu odejmowania), więc wszystkim wartościom zerowym jest przypisywana wartość 255. Natomiast wszystkim wartościom niezerowym w zerodowanych obszarach 24 o dużej i obszarach 28 o małej gramaturze na obrazie z kanału pamięci 2 jest nadawana wartość zerowa. W wyniku tego postępowania powstaje obraz zapamiętywany z przeznaczeniem do dalszej obróbki.

W celu uzyskania wartości poziomów szarości obszarów przejściowych, obraz z kanału pamięci 6 jest kopiowany za pośrednictwem obrazu z kanału pamięci 5, dzięki czemu powstaje obraz tylko obszarów przejściowych o szerokości dziewięciu pikseli. Obraz ten, pokazany na kanale pamięci 3, jest zapamiętywany z przeznaczeniem do dalszej obróbki oraz klasyfikowany pod względem liczby przypadków występowania poszczególnych poziomów szarości.

W celu umożliwienia pomiaru względnych różnic gramatury w obszarach 28 o małej gramaturze, w obszarach 24 o dużej gramaturze oraz w obszarach przejściowych, dane uzyskane ze wszystkich powyżej sklasyfikowanych obrazów pokazanych, odpowiednio, na kanałach pamięci 3, 5 i 4, są następnie wprowadzane do równania regresji wyprowadzonego podczas analizy próbek wzorcowych. Całkowita masa każdego z obszarów 24,26 lub 28 jest wyznaczana na drodze sumowania mas dla każdej grupy poziomów szarości z histogramu obrazu. Gramatura jest wyliczana z dzielenia wartości mas przez pola powierzchni pikseli z uwzględnieniem powiększenia.

Sklasyfikowane dane obrazowe (częstotliwość) dla każdego obszaru obrazów z kanałów pamięci 3 - 5 i 7 można wyświetlić w postaci histogramu i wykreślić W funkcji masy (poziom szarości), przy czym rzędną jest rozkład częstotliwości. Jeżeli powstała krzywa jest krzywą jednowartościową, to wybór pól i subiektywne poprowadzenie masek zostało prawdopodobnie wykonane w sposób właściwy. Uzyskane obrazy można również pokolorować w taki sposób, żeby każdy kolor odpowiadał wąskiemu przedziałowi gramatur; poniżej zamieszczono tabelę z sugerowaną mapą barw.

Uzyskany w poprzednich etapach obraz można następnie pokolorować w zależności od przedziałów wartości poziomów szarości. Stwierdzono, że w przypadku niemarszczonych próbek celulozowych struktur włóknistych 20 odpowiedni zestaw barw dla różnych poziomów szarości powinien wyglądać tak jak poniżej:

170 987

Przedział poziomów szarości 0

I- 5

6-10

II- 15 16-20 21-25 26+

Możliwe kolory Cza^rmy

Ciemnoniebieski

Jasnoniebieski

Zielony

Żółty

Czerwony

Biały

Próbki marszczone mają zazwyczaj większe gramatury niż podobne próbki niemarszczone. Stwierdzono, że w przypadku marszczonych próbek celulozowych struktur włóknistych 20 odpowiedni zestaw barw dla różnych poziomów szarości powinien wyglądać tak jak poniżej:

Przedział poziomów szarości Możliwe kolory

Czarny

1-7 Ciemnoniebieski

8-14 J^^r^c^ni^t>^^^kii

15-21 Zeclony

22-28 Żótty

29-36 Czerwony

36+ Bały

Powstały obraz można wydrukować na drukarce lub wykreślić na ploterze. W razie potrzeby na każdym ze wspomnianych powyżej obrazów można poprowadzić linię, a następnie wykreślić istniejący wzdłuż niej profil poziomów szarości. Powtarzający się na takim profilu wzór jest dodatkowym świadectwem, że gramatura próbki celulozowej struktury włóknistej 20 jest rozłożona w sposób uporządkowany według powtarzającego się wzoru.

W razie potrzeby różnice gramatur można wyznaczyć za pomocą urządzenia z wiązką elektronową, zamiast wspomnianego aparatu rentgenowskiego. W razie potrzeby określenia i zobrazowania gramatury za pomocą wiązki elektronowej, można posłużyć się odpowiednią procedurą przedstawioną w europejskim zgłoszeniu patentowym nr 393 305 opublikowanym 24 października 1990 w imieniu Lunera i innych, na które powołano się tutaj w celu pokazania odpowiedniego sposobu wyznaczania różnic gramatur w różnych obszarach 24, 26 i 28 celulozowej struktury włóknistej 20.

Zamiast celulozowej struktury włóknistej 20 z dyskretnymi obszarami 26 o pośredniej gramaturze można wytwarzać celulozową stmkturę włóknistą 20, w której obszary 26 o pośredniej gramaturze stanowią w zasadzie ciągłą sieć. Celulozowa struktura włóknista 20 tego typu może być wytwarzana za pomocą taśmy formującej 42’ z występami 59 rozmieszczonymi w sposób pokazany na fig. 5. W przypadku taśmy formującej 42’ z fig. 5, niektóre występy 59 są zgromadzone w bardziej zwartych grupach w taki sposób, że przepuszczalne dla płynów pierścienie 65’ pomiędzy sąsiednimi występami 59 mają mniejszy promień hydrauliczny, a tym samym wykazują większe opory przepływu, wskutek czego osadzają się na nich włókna celulozowe znajdujące się w płynnym nośniku.

Takie grupy 58 wybranych występów 59 znajdują się w pewnej odległości od innych występów 59 tworzących oddzielną grupę 58. Przepuszczalne dla płynów pierścienie 65” pomiędzy sąsiednimi grupami 58 występów 59 wykazują mniejszy opór przepływu niż przepuszczalne dla płynów pierścienie 65’ pomiędzy znajdującymi się w bliższych odległościach występami 59. Jak już wspomniano, grupy 58 występów 59 na taśmie formującej 42’ tworzą mozaikę w postaci powtarzającego się w nieprzypadkowy sposób układu elementów.

Dzięki zróżnicowaniu odległości pomiędzy sąsiednimi występami 59, można uzyskać taśmę formującą z przepuszczalnymi dla płynów pierścieniami 65’ i 65” wykazującymi opory przepływu odwrotnie proporcjonalne do odległości pomiędzy grupami 58. Oczywiście, rozumie się samo przez się, że gramatury materiału w obszarach 24,26 lub 28 struktury włóknistej będą nadal w zasadzie odwrotnie proporcjonalne do oporów przepływu przez dowolne dane, przepuszczalne dla płynów pierścienie 65’ lub 65”.

170 987

Jedną ze spodziewanych różnic pomiędzy strukturą włóknistą 20 wytwarzaną za pomocą taśmy formującej 42’ z fig. 5, a strukturą 20 wytwarzaną za pomocą taśmy formującej 42 z fig. 3, jest to, że włókna w obszarach 26 o pośredniej gramaturze w strukturze włóknistej 20 wytwarzanej za pomocą taśmy 42’ będą w zasadzie układały się wzdłuż podstawowych kierunków procesu wytwarzania struktury włóknistej 20, a nie będą biegły promieniowo względem środków obszarów 26 o pośredniej gramaturze lub względem obszarów 28 o małej gramaturze.

Wspomniane sposoby zatrzymywania włókien celulozowych według wzoru na taśmach formujących 42 i 42’ można ze sobą łączyć, jak przedstawiono na fig. 6. Na fig. 6 pokazano taśmę formującą 42” z sąsiednimi występami 59 rozmieszczonymi w grupach w taki sposób, że dyskretne pierścienie 65’ i 65’ ’ pomiędzy sąsiednimi występami 59 wykazują zróżnicowane opory przepływu. Ponadto w występach 59 znajdują się otworki 63’, w których opory przepływu są w zasadzie równe oporom przepływu przez przepuszczalne dla płynów pierścienie 65’ lub 65” pomiędzy sąsiednimi występami, albo mogą być różne od oporów przepływu przez przepuszczalne dla płynów pierścienie 65’ lub 65” pomiędzy sąsiednimi występami.

Możliwe są również różne układy złożone. Na przykład, istnieje możliwość zastosowania taśmy formującej 42 (nie pokazanej) z niektórymi występami 59 z otworkami 63 o jednych wymiarach, a innymi występami 59 z otworkami 63 o drugich wymiarach (i otworkami 63 o jeszcze trzecich wymiarach). Jeszcze inna odmiana polega na zastosowaniu w tych samych występach otworków o różnych wymiarach. Na przykład, w mającym kształt rombu występie 59 mogą znajdować się dwa niewielkie otworki 63 w pobliżu wierzchołków rombu i duży otworek 63 w jego centrum.

Ponadto istnieje również możliwość stosowania taśmy formującej 42 (nie pokazanej) z grupami występów 59 rozmieszczonych na jedną odległość pomiędzy sąsiednimi występami, na drugą odległość pomiędzy sąsiednimi grupami występów oraz na trzecią odległość pomiędzy gromadami sąsiednich grup.

Oczywiście, istnieje również możliwość stosowania różnych odległości pomiędzy występami 59 w połączeniu z różnymi wymiarami otworków 63 w celu uzyskania następnych kombinacji. Wszystkie takie odmiany i permutacje mieszczą się w zakresie niniejszego wynalazku.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista zawierająca obszary różniące się gramaturą, znamienna tym, że zawiera obszary o trzech różnych gramaturach rozmieszczone według nieprzypadkowego, powtarzającego się wzoru, przy czym obszary te stanowią odpowiednio pierwszy obszar (24) o stosunkowo dużej gramaturze tworzący w zasadzie ciągłą sieć, drugi obszar (28) o stosunkowo małej lub zerowej gramaturze stanowiący otwór otoczony przez pierwszy obszar i trzeci obszar (26), o pośredniej gramaturze w stosunku do gramatury pierwszego i drugiego obszaru, otoczony przez pierwszy obszar (24) i/lub leżący obok drugiego obszaru (28).
2. 2. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista według zastrz, 1, znamienna tym, że składa się z co najmniej czterech obszarów, przy czym pierwszy obszar (24) o stosunkowo dużej gramaturze składa się z dwóch obszarów o stosunkowo dużej gramaturze różniących się między sobą gęstościami, i każdy z obszarów o dużej gramaturze stanowi w zasadzie ciągłą sieć.
3. 3. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista według zastrz. 2, znamienna tym, że składa się z co najmniej pięciu obszarów, przy czym pierwszy obszar (24) o stosunkowo dużej gramaturze składa się z dwóch obszarów o stosunkowo dużej gramaturze różniących się między sobą gęstościami, i trzeci obszar (26) o pośredniej gramaturze składa się z dwóch obszarów o pośredniej gramaturze różniących się między sobą gęstościami.
4. 4. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista według zastrz. 3, znamienna tym, że składa się z co najmniej sześciu obszarów, przy czym pierwszy obszar (24) o stosunkowo dużej gramaturze składa się z dwóch obszarów o stosunkowo dużej gramaturze różniących się między sobą gęstościami, trzeci obszar (26) o pośredniej gramaturze składa się z dwóch obszarów o pośredniej gramaturze różniących się między sobą gęstościami i drugi obszar (28) o małej gramaturze składa się z dwóch obszarów o małej gramaturze różniących się między sobą gęstościami.
5. 5. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista według zastrz. 1, znamienna tym, że drugi obszar (24) styka się z trzecim obszarem (26).
6. 6. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista według zastrz. 5, znamienna tym, że drugi obszar (28) otacza trzeci obszar (26).
7. 7. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista według zastrz. 1, znamienna tym, ze większość włókien w drugim obszarze jest zorientowana promieniowo.
8. 8. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista zawierająca obszary o różnej liczbie włókien najednostkę powierzchni, znamienna tym, że składa się z co najmniej trzech obszarów rozmieszczonych według nieprzypadkowego, powtarzającego się wzoru: pierwszego, w postaci ciągłej sieci, obszaru (24) przenoszącego obciążenia; drugiego obszaru dyskretnego (28) o mniejszej liczbie włókien na jednostkę pola powierzchni w porównaniu z pierwszym obszarem i trzeciego obszaru (26), zawierającego promieniowo pierwszy obszar w postaci ciągłej sieci z drugim obszarem dyskretnym.
9. 9. Sposób wytwarzania celulozowej jednowarstwowej struktury włóknistej, w którym osadza się dużą liczbę włókien celulozowych zawieszonych w ciekłym nośniku na zatrzymującym włókna zespole formującym posiadającym strefy przepuszczalne dla cieczy, a następnie suszy je i ewentualnie krepuje, znamienny tym, że odprowadza się ciekły nośnik przez zespół formujący w dwóch jednoczesnych etapach w etapie z dużym wydatkiem przepływu i w etapie z małym wydatkiem przepływu, przy czym w etapie o dużym wydatku przepływu i w etapie o małym wydatku przepływu stosuje się różniące się między sobą początkowe wydatki masowe

   170 987 przepływu oraz w etapie odprowadzania nośnika o małym wydatku przepływu tarasuje się wybrane strefy włóknami celulozowymi.